[發明專利]一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法

有效

• 申請號: 201710548811.9
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107391818B
• 公開（公告）日: 2019-10-11
• 發明（設計）人: 盛賢君;周少征
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01M7/02;G01H17/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法屬于振動模態分析領域，涉及一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法。該方法針對特定結構和關注的振動階次，先利用ANSYS模態分析近似得到各階振動頻率和振型，再建立自由振動實驗，采用多個非接觸式的高分辨率激光位移傳感器測量結構位移信號，據此建立整個系統的模態狀態空間方程和狀態觀測器。在利用狀態觀測器得到各階自由振動模態坐標之后，采用FIR濾波器濾除其中的干擾信號。最后，采用指數衰減的正弦函數來擬合濾波后的模態坐標獲取各階振動精確的頻率和阻尼比。識別方法實現簡單，識別精確，方法通用性強，適用于各種結構的振動模態參數識別。

技術領域

本發明屬于振動模態分析領域，涉及一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法。

背景技術

力學結構的振動問題是很多工程實際中必須考慮的問題，根據振動力學可知，結構的振動是由無窮階振動模態組成的，其中，前幾階振動屬于力學結構重要的力學性質。尤其在航空航天的振動控制領域，各階振動的固有頻率和阻尼比是重要的模態參數，對飛機的飛行速度和抗風能力有著重要影響。在對力學結構進行幾何建模并且獲得相應的材料力學參數之后，可以利用有限元分析軟件對結構進行模態分析，但是由于建模的精度有限，分析結果往往與實際情況存在偏差，這就需要在有限元分析的基礎上進行模態分析的實驗，來獲得更精確的模態參數。

傳統的模態參數識別方法一般采用對振動信號進行頻域擬合的方法來確定模態參數，如Mark H.Richardson和David L.Formenti在“Parameter estimation fromfrequency response measurements using rational fraction polynomials(twentyyears of progress)[A].Proceedings of 20th International Modal AnalysisConference[C].IMAC,Los Angeles:Society for Experimental Mechanics,2002.373-382”中提出的正交多項式識別法，是一種經典且常用的模態參數識別方法，這種方法為保證精度需選取比較高的識別模態的階數,但當識別模態的階數高于真實模態的階數時會出現虛假模態，對于虛假模態的剔除一般要憑經驗，且對于存在頻率相近的振動模態的分析效果不好。事實上不同的振動模態可能有相等的固有頻率，但是不會有相同的固有振型，所以在模態參數識別時將固有振型考慮進去有助于區分頻率相近的振動模態。

發明內容

本發明的目的是針對有限元軟件模態參數分析精度有限，傳統的模態參數識別方法不利于區分頻率相近的振動階次的模態參數，發明一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法，該方法在有限元分析得到的固有頻率和固有振型信息的基礎之上，針對特定結構和關注的振動階次，先利用 ANSYS模態分析近似得到各階振動頻率和振型，再建立自由振動實驗。充分利用有限元分析得到的固有頻率和固有振型信息，有利于區分識別頻率相近的振動階次的模態參數。識別方法實現簡單，識別精確，方法通用性強，適用于各種結構的振動模態參數識別。

本發明采取的技術方案是一種基于狀態觀測器的振動模態參數識別方法，其特征是，該方法針對特定結構和關注的振動階次，先利用ANSYS模態分析近似得到各階振動頻率和振型，再建立自由振動實驗，采用多個非接觸式的高分辨率激光位移傳感器測量結構位移信號，據此建立整個系統的模態狀態空間方程和狀態觀測器。在利用狀態觀測器得到各階自由振動模態坐標之后，采用FIR濾波器濾除其中的干擾信號。最后采用指數衰減的正弦函數來擬合濾波后的模態坐標獲取各階振動精確的頻率和阻尼比，利用錘擊法在自由振動實驗中獲得更精確的模態參數；方法具體步驟如下：

步驟一：組建自由振動實驗系統，