[發(fā)明專利]基于多元線性回歸的振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710235713.X
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN107092738B
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王成;詹威;張憶文;賴雄鳴;何霆;陳葉旺;洪欣
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01M7/02;G06F30/13;G06F30/15;G06F30/17
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發(fā)明涉及一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗裝置；一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗數(shù)據(jù)生成方法；以及利用該實驗裝置和實驗數(shù)據(jù)，在不相關(guān)多源未知載荷聯(lián)合激勵下，利用頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)線性關(guān)系的多元一次線性回歸模型和最小二乘廣義逆法，根據(jù)系統(tǒng)已知測點的頻域振動響應(yīng)預(yù)測未知測點的頻域振動響應(yīng)的方法。直接利用頻域響應(yīng)數(shù)據(jù)線性關(guān)系的多元一次線性回歸模型和最小二乘廣義逆法不需要已知或辨識系統(tǒng)的傳遞函數(shù)或載荷大小甚至載荷位置。本發(fā)明主要針對不相關(guān)多源未知載荷聯(lián)合激勵工況環(huán)境下，利用已知測點的振動響應(yīng)對未知結(jié)點進(jìn)行振動響應(yīng)預(yù)測，可以預(yù)測一個未知結(jié)點和多個未知結(jié)點的振動響應(yīng)情況。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗裝置、一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗數(shù)據(jù)生成方法、以及利用該實驗裝置和實驗數(shù)據(jù)在不相關(guān)多源未知載荷聯(lián)合激勵下根據(jù)系統(tǒng)已知測點的振動響應(yīng)預(yù)測未知測點的振動響應(yīng)的方法，即直接利用響應(yīng)數(shù)據(jù)線性關(guān)系的多元一次線性回歸模型和最小二乘廣義逆法。

背景技術(shù)

隨著工業(yè)與控制技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，航空航天、船舶、大型機械、橋梁等領(lǐng)域的工程結(jié)構(gòu)發(fā)展越來越復(fù)雜化、大型化、智能化。在機械設(shè)計、航海航天工程中振動是不得不考慮的設(shè)計因素，尤其是在設(shè)計與使用中振動響應(yīng)過大造成的機械損傷、橋梁坍塌、航海航天事故更是屢見不鮮。但有些工況下結(jié)構(gòu)的某些結(jié)點振動響應(yīng)不能直接測量，這使得對結(jié)點振動的控制與減振設(shè)計成為機械設(shè)計的困難。若利用系統(tǒng)的動力學(xué)模型和所受載荷來求解不能直接測量結(jié)點的振動響應(yīng)，將會遇到以下困難：首先建立大型設(shè)備的模型將會非常困難，很難求取其傳遞函數(shù)；其次，在很多情況下，結(jié)構(gòu)的載荷工況也是不能直接測量的，如導(dǎo)彈在空中飛行、海洋平臺等大型建筑物受風(fēng)浪及交通激勵作用等情況下，很難對作用于結(jié)構(gòu)的外載荷進(jìn)行直接測量或計算，甚至有時因載荷作用點不可到達(dá)，使這種動態(tài)載荷不可測；本方法直接采用傳感器測得的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)，來預(yù)測不可測結(jié)點的振動響應(yīng)數(shù)據(jù)。

目前，傳統(tǒng)方法對結(jié)點的振動響應(yīng)預(yù)測，先采用實驗法或者有限元仿真法建立結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程，求出結(jié)構(gòu)的傳遞函數(shù)，然后利用結(jié)構(gòu)的載荷工況來計算或預(yù)測結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。該方法有兩個重大的缺點:首先，對于復(fù)雜的工程結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的建模、傳遞函數(shù)的求取并不容易；其次，載荷的載荷工況測量是非常困難的，甚至是不可能的。不同于傳統(tǒng)方法，本發(fā)明專利方法基于載荷和響應(yīng)以及響應(yīng)與響應(yīng)之間的內(nèi)在關(guān)系，根據(jù)已知結(jié)點的振動響應(yīng)預(yù)測未知節(jié)點的振動響應(yīng)，可以避免載荷工況的測量、系統(tǒng)的建模和傳遞函數(shù)求解辨識等復(fù)雜的工作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗裝置、一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗數(shù)據(jù)生成方法、以及利用該實驗裝置和實驗數(shù)據(jù)在不相關(guān)多源未知載荷聯(lián)合激勵下根據(jù)系統(tǒng)已知測點的振動響應(yīng)預(yù)測未知測點的振動響應(yīng)的方法，即直接利用響應(yīng)數(shù)據(jù)線性關(guān)系的多元一次線性回歸模型和最小二乘廣義逆法。本發(fā)明主要針對不相關(guān)多源未知載荷聯(lián)合激勵工況環(huán)境下，利用已知測點的振動響應(yīng)對未知測點進(jìn)行振動響應(yīng)預(yù)測。本發(fā)明不但可以預(yù)測一個未知測點的振動響應(yīng)情況，還可以同時預(yù)測多個未知測點的振動響應(yīng)情況。本發(fā)明應(yīng)用于振動測量與振動響應(yīng)預(yù)測領(lǐng)域，特別是對于某些多個不相關(guān)載荷聯(lián)合激勵的工作狀況下某些測點振動響應(yīng)無法直接測量(或振動傳感器損壞)而載荷也無法直接測量的情況下使用該方法能夠取得很好的振動響應(yīng)預(yù)測效果。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種載荷未知條件下多點振動響應(yīng)頻域預(yù)測的實驗裝置，其特征在于，包括：線性時不變的系統(tǒng)、多個能產(chǎn)生不相關(guān)平穩(wěn)隨機激勵的激勵源和布置在系統(tǒng)上記錄系統(tǒng)振動的多個響應(yīng)傳感器，激勵每次加載的位置和方向均固定不變，所述多個響應(yīng)傳感器分布在系統(tǒng)的各個地方，能反映系統(tǒng)的主要振動；