[發(fā)明專利]一種基于延遲逆系統(tǒng)的動載荷識別的時域方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310454301.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103500275A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李玩幽;周盼;率志君;張相彬;柴卓野;王志鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種振動工程領(lǐng)域的動載荷識別的時域方法。

背景技術(shù)

在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計、試驗及性能研究中，人們?yōu)榉治鼋Y(jié)構(gòu)的動態(tài)特性，進行結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)計算、動態(tài)參數(shù)設(shè)計、故障分析及可靠性預(yù)測等，往往需要精確掌握作用在結(jié)構(gòu)上的動態(tài)載荷。

確定結(jié)構(gòu)動態(tài)載荷的方法有兩種：直接測量法和間接識別法。前者直接測量載荷本身或測量與載荷有關(guān)的參數(shù)來得到動態(tài)載荷。但是對于很多實際工程結(jié)構(gòu)、機械設(shè)備，由于其工作環(huán)境、工作狀態(tài)的特殊性，導(dǎo)致難以直接測量或根本無法直接測量動態(tài)載荷。此時，只能采用動態(tài)載荷的間接識別法。間接識別法主要有頻域識別和時域識別兩種。

頻域法是在頻域內(nèi)建立系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系，進而通過系統(tǒng)的輸出識別動態(tài)輸入的過程。頻域法的關(guān)鍵在于如何準(zhǔn)確獲得輸入輸出關(guān)系，由于系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系是線性算子，其線性算子逆運算易于處理，因而頻域載荷識別技術(shù)已取得很大進展。頻域法具有動態(tài)標(biāo)定簡單、識別精度較高的優(yōu)點，但是由于這種方法需要對測試信號進行傅里葉變換，要求信號樣本具有一定的長度，所以頻域法一般只適用于平穩(wěn)動載荷或隨機載荷，不適用于短樣本的沖擊型載荷的識別。此外，系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)在共振頻率附近一般呈現(xiàn)病態(tài)，導(dǎo)致載荷識別誤差很大。頻域識別方法不能直接得到載荷的時間歷程。

載荷識別的時域方法最初是基于Duhamel積分技術(shù)，在給定的初始條件下，采用遞推連鎖計算公式進行載荷的反演計算。但是存在計算量大，識別結(jié)果對邊值條件和初始條件敏感，誤差累積等缺點。目前時域載荷識別主要有計權(quán)加速度法、卡爾曼濾波器和遞歸最小二乘方法、逆系統(tǒng)方法等。1987年，Kreitinger等（T.Kreitinger,H.L.Luo.Force?Identification?from?Structural?Responses[M].Proceedings?of?the1987SEM?spring?conference.June1987:851-855.）提出了適用于自由系統(tǒng)的計權(quán)加速度方法。1999年，路敦勇和吳淼（路敦勇,吳淼.動態(tài)載荷識別的SWAT方法研究[J].振動與沖擊,1999,18(4):78-821.）從理論角度入手，推導(dǎo)了采用計權(quán)加速度法識別約束系統(tǒng)的等效外載荷，擴展了該方法的應(yīng)用范圍。2002年，陳蓮（陳蓮,周海亭.動態(tài)載荷識別的計權(quán)加速度法,2002(3):14-16.）采用計權(quán)加速度法對連續(xù)系統(tǒng)——懸臂梁結(jié)構(gòu)進行了載荷識別的數(shù)值仿真研究。動態(tài)載荷識別SWAT方法的優(yōu)點是可以同時用于穩(wěn)態(tài)動態(tài)載荷與沖擊型載荷的識別。但僅適用于具有剛體模態(tài)的結(jié)構(gòu)且所求為動態(tài)載荷的合力，故其應(yīng)用有很大的局限性。SWAT方法的局限性主要表現(xiàn)為識別的載荷為系統(tǒng)的等效外載荷。此外，該方法要求測量傳感器的數(shù)目至少等于剛體模態(tài)和關(guān)心頻率下彈性模態(tài)的數(shù)目之和，同時要求傳感器的配置要合理，確保得到的濾波器具有較好的計算性能。

1998年，Ma（C.K.Ma,P.C.Tuan,D.C.Lin?and?C.S.Liu.A?study?of?an?inverse?method?for?the?estimation?of?impulsive?loads.International?Journal?of?Systems?Science,1998,29(6):663-672.）以集中質(zhì)量系統(tǒng)為研究對象，推導(dǎo)了采用卡爾曼濾波器和基于常權(quán)系數(shù)的遞歸最小二乘法識別結(jié)構(gòu)受到的沖擊載荷。但是這種方法的載荷識別是基于系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程進行的，即在載荷識別之前需要掌握系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。此外，采用該方法需要了解測試噪聲及過程噪聲的統(tǒng)計特性，否則識別誤差較大。

1995年，魏星原等（魏星源,宋斌,鄭效忠.載荷識別的逆系統(tǒng)方法[J].振動測試與診斷.1995,15(3):37-43.）對逆系統(tǒng)方法進行了研究，該方法可以識別多種類型的載荷，如集中載荷、分布載荷、沖擊載荷等。與傳統(tǒng)的估計方法相比，該方法可以在有測量噪聲的情況下大大提高識別精度。但是逆系統(tǒng)存在的條件比較苛刻，只有當(dāng)原系統(tǒng)穩(wěn)定、可逆、能控、能觀時，才存在逆系統(tǒng)，使得這種方法的應(yīng)用受到一定的限制。

已申請專利中有兩篇涉及載荷的時域識別，其中一篇為基于系統(tǒng)正模型的載荷識別（專利申請?zhí)枺?01110025450.2），另一篇為基于系統(tǒng)逆模型的載荷識別（專利申請?zhí)枺?01110062980.4）。基于系統(tǒng)正模型的識別方法只能應(yīng)用于平穩(wěn)激勵的識別，不能識別非平穩(wěn)激勵。而基于系統(tǒng)逆模型的載荷識別方法要求原系統(tǒng)必須是最小相位系統(tǒng)，對于普遍存在的非最小相位系統(tǒng)，該方法不能建立穩(wěn)定的逆系統(tǒng)，具有一定的局限性。