[發(fā)明專利]一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法

在審

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• 申請日: 2017-07-20
• 公開（公告）號: CN107436975A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 淡丹輝;王向杰;夏燁
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海東亞專利商標代理有限公司31208
• 代理人: 董梅

1.一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法，包括風(fēng)壓傳感器的監(jiān)測設(shè)備與計算機配合，其特征在于：利用非參數(shù)高精度幅值相位譜估計法（APES）和粒子群算法對風(fēng)速數(shù)據(jù)進行風(fēng)譜的參數(shù)擬合相結(jié)合的方法，確定平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜，包括下述步驟：

第一步，首先利用風(fēng)壓傳感器從不同高度兩點或多點獲取實測脈動風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本，根據(jù)實測風(fēng)速時程，確定采樣頻率f和樣本時長T，對該實測脈動風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本進行矢量分解，得到平面風(fēng)速和脈動風(fēng)速；

第二步，對風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本進行篩選，將剔除了異常數(shù)據(jù)的正常風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本進行計算，得到地面粗糙高度與地表剪切風(fēng)速；

第三步，利用非參數(shù)高精度幅值相位譜估計法（APES）進行脈動風(fēng)幅值計算，每個樣本最終的脈動風(fēng)速的幅值譜估計和相位估計如下，

；

第四步，對計算結(jié)果進行統(tǒng)計，得到其均值、方差的統(tǒng)計值；

第五步，通過粒子群算法對風(fēng)速數(shù)據(jù)進行風(fēng)譜的參數(shù)擬合，得到場地的經(jīng)驗幅值譜模型，其中，為待擬合參數(shù)；

1）經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值譜：

定義目標函數(shù)：

其中，為經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值譜中u_*與f隨機變動時得到的均值與方差；

采用粒子群算法，在定義域內(nèi)求得一組參數(shù)組合，使得取得最小值，所得結(jié)果即為經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值譜；

2）經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值均值譜：

定義經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值均值譜形式為：

其中，為的均值；

定義目標函數(shù)如下：

采用粒子群算法，在定義域內(nèi)求得一組參數(shù)組合，使得取得最小值，所得結(jié)果即為經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值均值譜；

3）經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值標準差譜：

定義經(jīng)驗脈動風(fēng)標準差譜形式為：

定義目標函數(shù)如下：

采用經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值譜或者經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值均值譜與經(jīng)驗脈動風(fēng)幅值標準差譜的組合，既可生成隨機脈動風(fēng)幅值譜。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法，其特征在于：確定采樣頻率f和樣本時長T后，將數(shù)據(jù)采用矢量分解法，對每個不同高度風(fēng)速樣本數(shù)據(jù)進行矢量分解，主風(fēng)速、平面風(fēng)速以及水平平均風(fēng)向角：

其中，代表第i個樣本的水平面內(nèi)以及豎向的平均風(fēng)速。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法，其特征在于，將剔除了異常數(shù)據(jù)的正常風(fēng)速數(shù)據(jù)樣本按下述公式進行計算，得到地面粗糙高度Z_oj與地表剪切風(fēng)速：

其中，u_{p j} (Z₁)、u_{p j} (Z₂)代表第j個平穩(wěn)風(fēng)樣本高度為Z₁、Z₂處的平面主風(fēng)速。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法，其特征在于，剔除異常數(shù)據(jù)樣本的原則為：

1）主風(fēng)速大于6m/s；

2）原始風(fēng)速數(shù)據(jù)中超過64m/s的數(shù)據(jù)點小于50個；

3）高處的主風(fēng)速、平面風(fēng)速均大于低處數(shù)值。

5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種平穩(wěn)脈動風(fēng)幅值譜的確定方法，其特征在于，

得到平穩(wěn)風(fēng)樣本的水平面脈動風(fēng)速時程為：

。