[發明專利]一種基于VMD-ARMA-GARCH模型的非良態風速建模方法

有效

• 申請號: 202010174623.6
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111310109B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 蘇延文;曾永平;陳克堅
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;G06F17/15
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 林秋雅

1.一種基于VMD-ARMA-GARCH模型的非良態風速建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：建立非良態風速方程

式中，U(t)為原始風速，為確定性的時變平均風速，u(t)為均勻調制的隨機脈動風速，t為時間；

所述脈動風速u(t)表示為與時間t相關的強度包絡函數σ_u(t)與歸一化平穩風速α(t)的乘積，即u(t)＝σ_u(t)α(t)；

所述脈動風速的功率譜函數S_u(ω,t)表示為強度包絡函數平方與歸一化平穩風速功率譜函數S_α(ω)的乘積，即

空間x₁處的脈動風速u(x₁,t)與x₂處的u(x₂,t)之間的互譜，表示為：

式中：S_u(x₁,x₂,ω,t)為脈動風速u(x₁,t)與u(x₂,t)之間的互譜，S_u(x₁,ω,t)為x₁處的脈動風速的功率譜函數，S_u(x₂,ω,t)為x₂處的脈動風速的功率譜函數，coh(x₁,x₂,ω,t)為脈動風速間的相干函數，ω為圓頻率；

步驟二：采用提出的判別準則并結合VMD分解法獲取所述時變平均風速和所述脈動風速u(t)；

采用ARMA-GARCH模型獲取所述強度包絡函數σ_u(t)；

采用ARMA模型或AR模型獲取所述歸一化平穩風速功率譜函數S_α(ω)；

所述步驟二中提出的判別準則為：當平均風速中最高頻率f_max取值為結構基頻f₁的1/5～1/10時，忽略結構的動力效應，即，f_max∈[0.1f₁,0.2f₁]，當模態分量的中心頻率f_c大于0.2f₁時，則認為其為脈動風成分，如下式所示：

所述步驟二中，采用VMD分解法獲取所述時變平均風速和所述脈動風速u(t)，包括以下步驟：

步驟A21：初始化VMD分解法的參數，包括保真度系數τ，第一個中心頻率更新參數DC，中心頻率初始化參數init，收斂準則閾值ε和懲罰因子α，其中，模態分量層數K＝1；

步驟A22:采用所述步驟A21中設定的參數對原始風速信號進行第一層分解，并獲得第一層模態分量c₁的中心頻率；

步驟A23:將所述模態分量層數K值加1，其余參數保持不變，重復所述步驟A22，對所述原始風速信號進行K層模態分解，并獲得第K層模態分量c_k的中心頻率；

步驟A24:判斷所述第K層模態分量的中心頻率c_k是否大于0.2f₁，所述f₁為結構的基頻，

如果“是”，則第1層～第K-1層模態分量的疊加視為時變平均風速，并進入步驟A25；

如果“否”，則返回步驟A23；

步驟A25:將所述原始風速信號減去所述時變平均風速獲得所述脈動風速u(t)。