[發明專利]一種基于擬合優度的模態參數自動識別方法

有效

• 申請號: 201911401622.4
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111222231B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 舒風風;王凱旋;劉永順;遲明波;王越;吳一輝
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉西云;李微微

本發明提供一種基于擬合優度的模態參數自動識別方法，對頻率響應測試數據進行歸一化后，采用最小二乘頻域法生成穩態圖，根據模態分析穩態圖中的各模態參數出現的頻次，獲得模態參數的置信率，對置信率大于某閾值的模態參數進行組合，將模態參數組合用最小二乘法擬合頻率響應曲線，擬合優度最高的模態參數組合作為多自由度結構振動系統的模態參數，其余模態參數則為虛假模態；由此可見，本發明能夠對穩態圖進行自動處理，對穩態圖中的虛假模態自動識別，有利于模態分析自動化，大大提高了模態參數識別的準確度和效率。

技術領域

本發明屬于結構模態分析領域，尤其涉及一種基于擬合優度的模態參數自動識別方法。

背景技術

激光自混合技術受到越來越廣泛的關注，從測量電機的振動頻率到測量人體的脈搏。其中的激光二級管內部的光電檢測是該類應用的關鍵部件。目前主要采用電容隔離的方式采集微安級別的自混合信號。實際應用中由于電容隨著頻率的不同阻抗不同，并且存在一定的漏電流，尤其是環境噪聲、市電、溫度等慢變的交流信號會影響測量結果，在高精度測量的場景下有一定的限制。

模態參數(頻率、振型和阻尼比)是反映結構特性的主要指標，也是結構健康狀態的重要評判手段，在結構的檢測和監測中發揮著極為重要的作用，模態參數識別方法被廣泛應用于結構輔助優化設計、結構可靠性分析、故障檢測、工業在線監測等領域。模態參數識別通常是將測試得到的時域頻域數據采用各種時域頻域方法，例如最小二乘復指數法、特征系統實現算法、有理分式正交多項式法和最小二乘復頻域法等去處理。采用模態參數識別方法獲得系統模態固有頻率穩態圖，再根據穩態圖中頻率分布趨勢判斷提取模態參數，隨著參與運算的多項式階數不斷增加，穩態圖中出現的虛假模態參數點也逐漸增多。傳統上對于虛假模態的提取，特別是對于大阻尼多模態重疊的條件下，需要較強的分析經驗，模態參數識別的準確度和模態參數識別的效率較低。

發明內容

為解決上述問題，本發明提供一種基于擬合優度的模態參數自動識別方法，能夠有效提高模態參數識別的準確度和效率。

一種基于擬合優度的模態參數自動識別方法，應用于多自由度結構振動系統，包括以下步驟：

S1：將多自由度結構振動系統的頻率響應測試數據進行歸一化；

S2：基于最小二乘頻域法，分別采用不同階數的多項式對歸一化后的頻率響應測試數據進行擬合，得到對應的多個穩態圖，其中，所述多項式的階數設定為2～50階，且每個穩態圖中模態參數的種類數與該穩態圖對應的多項式的階數相同，所述模態參數包括頻率和阻尼比；

S3：統計所有穩態圖中不同模態參數出現的頻次，其中，對于任意兩個模態參數，若兩者的頻率和阻尼比的對應差值均小于設定值，則兩個模態參數視為同一模態參數；

S4：分別將每種模態參數的頻次除以總階數49，得到每種模態參數對應的置信率，然后將置信率大于設定閾值的模態參數種類作為待選模態參數；

S5：將待選模態參數進行任意數量的組合，得到2^N-1種組合，其中，N為待選模態參數的種類數；

S6：分別獲取每個組合中待選模態參數對應的置信率的乘積，將所述乘積大于設定值的組合作為待選組合；

S7：對于每個待選組合，其頻率響應曲線表示為：

其中，K為當前待選組合中模態參數的總數，i表示模態參數的序號，ω_i為第i個模態參數的頻率，ξ_i為第i個模態參數的阻尼比，s＝jω，j為虛數單位，ω為頻率，A_i為待擬合確定的第i個模態參數的比例系數；

基于最小二乘法，采用所述頻率響應曲線擬合步驟S1中歸一化后的頻率響應測試數據，得到當前待選組合中各模態參數對應的比例系數A_i；