[發明專利]基于二階盲辨識的線性結構工作模態參數識別方法及裝置

有效

• 申請號: 201710500228.0
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107357977B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 王成;王建英;張天舒;賴雄鳴;張憶文;陳葉旺;張惠臻;何霆;皮慧娟
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/23
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明涉及一種基于二階盲辨識的線性時不變結構工作模態參數識別方法及對應的時不變的工作模態參數識別的裝置、一種結合二階盲辨識和最小二乘廣義逆方法的三維結構的工作模態參數識別方法及對應一種時不變三維圓柱殼工作模態參數識別的實驗裝置，一種時變的工作模態參數識別的方法和一種基于滑動窗二階盲辨識的線性時變結構工作模態參數識別裝置。該方法和裝置僅由實測的響應信號就能對時不變或者帶有時變特性的動態系統進行工作模態參數在線實時識別，識別出結構(系統)的工作模態參數(模態振型，模態頻率)，能實時有效監測系統的動態變化特性，可用于振動控制、設備故障診斷、健康監測以及系統結構分析與優化。

技術領域

本發明涉及一種基于二階盲辨識的線性時不變結構工作模態參數識別方法，在一種時不變的工作模態參數識別的裝置產生的數據上進行方法驗證。一種結合二階盲辨識和最小二乘廣義逆方法的三維結構的工作模態參數識別方法，在一種時不變三維圓柱殼工作模態參數識別的實驗裝置產生的數據上進行方法驗證。一種基于滑動窗二階盲辨識的線性時變結構工作模態參數識別方法，以及該方法在仿真數據上進行方法驗證。

背景技術

工作模態分析是僅利用結構在工作時而不是在實驗中利用傳感器獲得的振動響應數據中提取出模態參數，其中模態參數包括模態阻尼比，模態振型和模態固有頻率。目前工作模態分析方法在解決工程問題上是非常重要的分析方法，特別是在航空，土木工程等領域。

然而，對于大型結構的模態參數不僅僅受到外激勵和內激勵的影響，而且在工作狀態中很難保持不變，也就是說，結構的模態參數是隨著時間的變化而變化的，不是時不變的，而是時變的。因此，要識別時變結構的模態參數，如果僅僅依靠時不變的方法是不可能實現的，還得借助時變的方法。國內外學者對時變結構的工作模態參數識別也做了大量的研究，比如有提出TARMA模型，利用小波變換和希爾伯特變換來識別時變結構的模態參數。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于滑動窗二階盲辨識的線性時變結構工作模態參數識別方法，還提供基于滑動窗二階盲辨識的線性時變結構工作模態參數識別方法在設備故障診斷與健康狀態監測上的應用。

本發明的技術方案如下：

一種基于二階盲辨識的線性時不變一維結構工作模態參數識別方法，利用二階盲辨識方法分解線性時不變一維結構的振動響應信號，從而得到時不變結構的各階模態參數，其中在二階盲辨識的解混旋轉階段，利用多個時延非零的相關矩陣同時對角化的方法，消除了由于單個時延選擇不適而造成的算法結果的不理想，從而有效識別出時不變一維結構工作模態參數。

所述的基于二階盲辨識的線性時不變一維結構工作模態參數識別方法，具體步驟如下：

步驟1)時不變結構的模態參數隨時間的變化而變化，根據結構動力學理論，對于自由度線性時變振動結構系統，它在物理坐標系統中的運動方程為：

其中，M，C和分別表示質量矩陣，阻尼矩陣和剛度矩陣，與此同時，它們受結構的影響而隨時間發生變化；表示外載荷的激勵向量，和分別表示加速度響應信號，速度響應信號和位移響應信號；表示維度為n×T的矩陣；

步驟2)二階盲辨識是另外一種盲源分離算法，它利用了信號的另外一種特性—時序結構，即時延協方差信息，要求信號具有不同的譜特性或者不同的相關函數，它的處理對象是時間信號，當然也可以處理統計獨立的源信號，為了正確地求解出分離矩陣和源信號，二階盲辨識算法做出了如下的假設：

假設一：混合矩陣列滿秩；

假設二：源信號相互不相關且具有不同的自相關函數；

假設三：源信號是平穩信號；

步驟3)根據上述假設，源信號的協方差矩陣R_s(0)滿足如下：