[發明專利]一種基于滑動窗NPE的線性時變結構工作模態識別方法

有效

• 申請號: 202011268901.0
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112417722B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 王成;符偉華
• 申請（專利權）人: 華僑大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F17/11;G06F17/14;G06F17/16;G01M13/00;G01M99/00
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭

本發明公開了一種基于滑動窗NPE的線性時變結構工作模態識別方法，具體包括：獲取線性時時變結構在采樣時間內的振動位移響應信號；依據“時間凍結”理論，將振動位移響應信號進行劃分分解成有限個窗長為L的位移響應信號；根據每個窗口下的振動位移響應信號建立NPE求解工作模態參數的模型，獲得該瞬時時刻的工作模態參數；擬合各個窗口的工作模態參數，得到線性時變結構的工作模態參數；采用模態置信參數評價模態振型識別的準確性，采用誤差率評價固有頻率的準確性。本發明提出的方法將流形學習中的NPE結合滑動窗技術應用于時變結構的工作模態參數識別，有效的識別線性時變結構的工作模態參數。

技術領域

本發明涉及模態參數領域，特別是指一種基于滑動窗NPE的線性時變結構工作模態識別方法。

背景技術

模態是結構本身具有的振動特性，通過實驗模態分析方法識別每階模態的參數(如模態固有頻率、振型、阻尼比等)，我們可了解結構的動力學特性，進而做結構的損傷識別、設備的故障檢測等。然而，對于許多大型復雜結構，可以利用的激勵方式只有工作狀態下的環境激勵，導致無法對激勵輸入進行測量。不同于傳統的實驗模態分析(EMA)，工作模態分析(OMA)可以僅從測得的振動響應信號中識別出模態參數。近些年，OMA是機械振動研究領域的熱點，并得到了廣泛的應用。

現實中多數工程結構都具有時變特性，結構的物理特性(質量、剛度、阻尼等)會隨時間的變化而發生變化，因此，結構的模態參數也隨著時間而發生變化。例如，列車過橋，發射衛星，旋轉機械等都體現出結構的時變特性。結構的振動響應信號通常不能夠一次性全部獲得，而是通過隨著時間變化而慢慢采樣得到，因此需要根據結構的時變特性提出時變結構工作模態參數識別的方法。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術中的上述缺陷，提出一種基于滑動窗NPE(鄰域保留投影算法)的線性時變結構工作模態識別方法，將流形學習中的NPE結合滑動窗技術應用于時變結構的工作模態參數識別，有效的識別線性時變結構的工作模態參數，僅需要獲取到結構的非平穩振動響應信號即可達到在線實時識別出線性時變結構的時變瞬態工作模態參數(瞬時工作模態振型和瞬時工作模態固有頻率)，較之于傳統的需要同時測量激勵與響應信號的試驗模態參數識別技術具有較大的優勢。

本發明采用如下技術方案：

獲取線性時時變結構在采樣時間內的振動位移響應信號n表示的是傳感器的個數，T表示采樣時間；

依據“時間凍結”理論，根據設置的滑動窗窗長L、傳感器的個數以及采樣時間，將振動位移響應信號進行劃分分解成有限個窗長為L(一個窗口代表一個瞬時時刻)的位移響應信號

根據每個窗口下的振動位移響應信號建立NPE求解工作模態參數的模型，獲得該瞬時時刻的工作模態參數(模態振型，模態固有頻率)；

擬合各個窗口的模態振型參數和固有頻率參數，得到線性時變結構的工作模態參數；

采用模態置信參數評價模態振型識別的準確性，采用誤差率評價固有頻率的準確性。

具體地，所述線性時變振動結構系統的運動方程為：

其中，和分別表示隨時間變化的質量矩陣，阻尼矩陣和剛度矩陣；與此同時，它們受結構的影響而隨時間發生變化。表示外載荷的激勵向量，和分別表示加速度響應信號，速度響應信號和位移響應信號。

具體地，所述有限個瞬時時不變結構系統的運動方程集合為：

其中，S'(t)表示為當t＝τ時刻的時不變結構，S'表示一組由M個線性時不變結構所組成的時變結構集合。在模態坐標下，線性時變結構的振動位移響應信號表示一組瞬時時不變結構的位移響應信號集合；每個瞬時位移響信號可看成一個窗口做如下分解：