[發(fā)明專利]一種精確診斷密集模態(tài)阻尼比的方法

有效

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• 申請日: 2013-10-25
• 公開（公告）號: CN103605880B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙曉丹;王西富
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及振動信號處理相關(guān)領(lǐng)域，具體為一種精確診斷密集模態(tài)阻尼比的方法。

背景技術(shù)

阻尼(或稱阻尼比)是減振、降噪等方面的重要特性參數(shù)之一，在結(jié)構(gòu)故障診斷、安全評估、結(jié)構(gòu)設(shè)計、振動實時監(jiān)控等結(jié)構(gòu)動力學(xué)課題研究方面，也有著重要的意義。阻尼的診斷精度遠比固有頻率和振型的診斷精度低，如果阻尼值可以準確識別，便可作為一個常用的重要參數(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)故障診斷、振動控制及噪聲降低等方面解決實際工程問題，提高阻尼的診斷精度一直是一個難題。

在振動信號處理工程領(lǐng)域，密集模態(tài)信號是振動信號中常見的一種信號，由于模態(tài)之間干擾嚴重，很難識別出準確的阻尼值。密集模態(tài)的產(chǎn)生取決于兩個因素：一是模態(tài)之間固有頻率接近；二是阻尼比較大，各階模態(tài)之間相關(guān)性較高。因此阻尼識別的難點在于密集模態(tài)阻尼的準確識別。

在阻尼識別中，有自由衰減法、時域峰值法等，這些傳統(tǒng)的阻尼識別方法是針對非密集模態(tài)信號進行阻尼識別，對存在模態(tài)干涉作用的密集模態(tài)信號則不適用。目前最常用的阻尼識別方法是半功率帶寬法，該方法對小阻尼系統(tǒng)識別不夠準確，并且也只適用于非密集模態(tài)信號。近年來，加逆衰減窗、小波變換等方法應(yīng)用于密集模態(tài)的阻尼識別。加逆衰減窗需要各個模態(tài)衰減系數(shù)相差不大為前提條件，直接利用小波變換識別密集模態(tài)，存在因模態(tài)混疊而導(dǎo)致模態(tài)參數(shù)識別不準確的問題。以上這些方法識別的密集模態(tài)的階數(shù)一般也不能過高，而且識別結(jié)果在理論上都不是準確值。目前還沒有一種方法可以精確地診斷出密集模態(tài)的阻尼值。

貝塞爾不等式定理描述的是空間中的元素????????????????????????????????????????????????在任意一個標準正交系上的投影的平方和小于等于它自身長度的平方，只有當元素與標準正交系線性相關(guān)時等號成立，此時元素在標準正交系中的投影最大即為它自身的長度并且唯一，其中元素的投影平方和的最大值可以通過最優(yōu)化方法獲得。最優(yōu)化方法有很多種：遺傳算法是一種基于生物自然選擇與遺傳機理的優(yōu)化搜索法，從一組隨機產(chǎn)

生的初始解開始搜索，經(jīng)過“遺傳”、“交叉”和“變異”，在若干代之后,?算法收斂于問題的最優(yōu)解；擬牛頓法又叫變尺度法，它的基本思想是用不包含二階導(dǎo)數(shù)的矩陣取代牛頓法中的海賽矩陣的逆矩陣，由于避免了計算二階導(dǎo)數(shù)矩陣及其求逆問題，收斂速度比梯度法快，特別是對高維問題有顯著的優(yōu)越性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的密集模態(tài)阻尼識別不準確的問題，以貝塞爾不等式定理為理論依據(jù)，提出一種精確診斷密集模態(tài)阻尼比的方法，解決密集模態(tài)的阻尼比診斷問題，同時該方法也適用于非密集模態(tài)信號的阻尼識別。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是具有以下步驟：

（1）運用數(shù)據(jù)采集儀采集密集信號，輸入計算機進行分析，

（2）根據(jù)密集信號模態(tài)的階數(shù)，由斯密特正交化計算方法構(gòu)造標準正交系，然后將密集模態(tài)信號與標準正交系做內(nèi)積運算；

（3）根據(jù)貝塞爾不等式定理，當密集模態(tài)信號在標準正交系中投影最大，即內(nèi)積模平方和取最大值時，得到各階密集模態(tài)信號的衰減系數(shù)和固有頻率值，內(nèi)積模平方和的最大值通過遺傳算法和擬牛頓法優(yōu)化搜索獲得；

（4）通過所述衰減系數(shù)、固有頻率和阻尼比的關(guān)系式得出各階模態(tài)的阻尼比。

本發(fā)明采用上述方案后具有以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明的診斷過程無需信號到無窮，只需要一段有限的信號即可。診斷過程不是通過方程的求解或者繁瑣的關(guān)系式，而是通過將密集模態(tài)信號與構(gòu)造的標準正交系做內(nèi)積運算進行識別。診斷過程不受模態(tài)階數(shù)和阻尼值大小的限制，診斷結(jié)果準確。

2、搜索內(nèi)積模平方和(投影值)的最大值時采用的是在多維度搜索問題中具有很大優(yōu)越性的遺傳優(yōu)化算法和擬牛頓法。兩種優(yōu)化計算方法聯(lián)合使用，首先使用遺傳優(yōu)化算法得出信號衰減系數(shù)和固有頻率的局部鄰域，再通過擬牛頓法得出其精確值，進而獲得阻尼比。信號投影獲得最大值時對應(yīng)識別結(jié)果，識別結(jié)果在理論上是準確值，不是近似值。適用于小阻尼系統(tǒng)，也適用于其它阻尼系統(tǒng)；既適用于密集模態(tài)信號的阻尼識別，也適用于非密集模態(tài)信號的阻尼識別，工程實用性強。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述一種精確診斷密集模態(tài)阻尼比的方法的的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明具體的理論依據(jù)如下：

在振動信號處理工程領(lǐng)域，密集模態(tài)是由多階模態(tài)相互干涉構(gòu)成：

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