[發明專利]基于任意位置壓縮感知的自適應偏差管道模態分析方法

在審

• 申請號: 202010747759.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111898317A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 柴鵬飛;張智偉;孫宗翰;田杰;歐陽華
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海交大航空發動機科技有限公司
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/00;G06N3/12;G01M15/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

基于任意位置壓縮感知的自適應偏差管道模態分析方法，包括以下步驟：獲取傳感器陣列的位置數據；確定傳感器安裝的最大可能位置偏差±α；選定優化算法，設計優化目標函數和收斂準則；給定所述傳感器位置偏差的初值；在任意位置壓縮感知中引入位置偏差，重構獲得新的模態分析結果；判斷所述模態分析結果是否滿足收斂要求，若滿足收斂要求，則輸出重構結果，若不滿足收斂要求，則根據所述優化算法得到所述±α以內的優化后的所述位置偏差，重構獲得新的模態分析結果。本發明的有益效果是：簡單易實現，對于有傳感器位置偏差的壓縮感知管道模態測試結果具有良好的校正效果。

技術領域

本發明屬于數據處理和信號分析方法領域，具體涉及基于任意位置壓縮感知的自適應偏差管道模態分析方法。

背景技術

壓縮感知(Compressive sensing,CS)是近年來出現的一種新的信號分析方法，是一種在解向量稀疏的情況下求解欠定線性方程組的方法，該理論表明，如果信號滿足某種特定的“稀疏性”，那么從少量的測量數據中，通過求解l₁范數最小化問題，有可能還原出原始的信號。壓縮感知已經在諸多測試領域得到了應用，例如圖像處理、聲學定位、旋轉聲模態測量和葉尖定時旋轉振動監測等等，此外，研究人員進一步提出了任意位置的壓縮感知，傳感器的安裝位置不再有任何限制，提高了測試的靈活性和通用性。

隨著渦扇發動機朝著大涵道比的方向不斷發展，風扇和壓氣機平穩運行和噪聲成為學術界和工業界的研究熱點。對風扇\壓氣機管道模態的測試分析對于提升發動機的氣動性能和降低噪聲具有重要意義。然而在實際的模態測試過程中，壓縮感知方法僅使用少量的傳感器進行測量，為了保證結果的準確性，傳感器安裝位置需要滿足一定的誤差等級，此時要求更高的加工精度和安裝精度，這在實際加工制造中要么難以實現，要么帶來更多財力物力的耗費。

發明內容

針對上述傳感器安裝偏差帶來的問題，本發明提供基于任意位置壓縮感知的自適應偏差管道模態分析方法，在不依靠人為檢測傳感器位置的前提下，直接通過自適應偏差，得到優化的模態分析結果。

包括以下步驟：

步驟1：獲取傳感器陣列的測試數據；

步驟2：確定傳感器安裝的最大可能位置偏差±α；

步驟3：選定優化算法，設計優化目標函數和收斂準則；

步驟4：給定每個傳感器位置偏差的初值；

步驟5：在任意位置壓縮感知中引入位置偏差，重構獲得新的模態分析結果；

步驟6：判斷重構的新結果是否滿足收斂要求，若滿足收斂要求，則輸出重構結果，若不滿足收斂要求，則根據優化算法得到±α以內的優化后的位置偏差，返回步驟5。

進一步地，步驟2中，α根據傳感器陣列加工精度及安裝公差設定。

進一步地，步驟2中，α的值在最小傳感器間隔的一半至最大的真實位置偏差之間。

進一步地，步驟3中，目標函數為主模態幅值和，優化目標為目標函數值最大化。

進一步地，步驟3中，采用的收斂準則是目標函數值變化趨于平緩，即若第n次迭代得到的目標函數值與前一步目標函數值相差ε以內則認為收斂。

進一步地，步驟3中，優化算法為遺傳算法或蟻群算法。

進一步地，步驟4中，在±α范圍內隨機生成每個傳感器位置偏差的初值。

進一步地，步驟5中，將位置偏差值引入任意位置壓縮感知方法中得到方程：

式中，N為模態檢測范圍，若N為偶數，則p＝1-N/2；若N為奇數，則p＝(1-N)/2。