[發明專利]一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法

在審

• 申請號: 202110354726.5
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN113065465A
• 公開（公告）日: 2021-07-02
• 發明（設計）人: 萬志敏;王婷;曹健;施水娟;謝學飛;李恒
• 申請（專利權）人: 南通職業大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06F17/16
• 代理公司: 南京千語知識產權代理事務所(普通合伙) 32394
• 代理人: 尚于杰;祁文彥

1.一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、引入模態坐標變換，構建含結構狀態和不確定性結構參數的增廣狀態向量，建立線性系統的狀態傳遞方程和觀測方程；

步驟2：建立含過程噪聲的線性系統時間離散化的模態狀態傳遞方程和觀測方程；

步驟3、給定增廣狀態向量的初始值和方差值，基于擴展卡爾曼濾波的一階線性化思想，建立融合應變響應和加速度響應的擴展GDF濾波器；

步驟4、根據實時測量的結構動態加速度響應和應變響應，通過融合應變響應和加速度響應的擴展GDF濾波器來識別結構增廣狀態和未知載荷；

步驟5、將模態狀態識別成物理空間下的結構狀態。

2.根據權利要求1所述的基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，其特征在于，

所述步驟1中，引入模態坐標變換p(t)＝Φq(t)，其中，Φ是模態振型矩陣、q(t)是關于時間t的節點位移向量、p(t)是關于時間t的模態位移向量；

構建含結構狀態和不確定性結構參數的增廣狀態向量其中，結構狀態包括位移和速度，α＝[α₁ α₂ … α_α]^T表示結構的不確定性參數；

建立線性系統的狀態傳遞方程和觀測方程，如下公式所示：

其中，為關于時間t的模態速度向量、為關于時間t的模態加速度向量，Λ為正規化的模態頻率矩陣、Γ為模態阻尼矩陣，u(t)是關于時間t 的外載荷激勵，B_u是外載荷向量的位置影響矩陣，y(t)表示關于時間t加速度測量響應，H＝[-H₀ΦΛ -H₀ΦΓ]，D＝H₀ΦΦ^TB_u，H₀表示用于系統識別的加速度測量信號的位置影響矩陣，矩陣D為可逆矩陣，上標“T”表示矩陣或向量的轉置。

3.根據權利要求2所述的基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，其特征在于，所述步驟2中，建立含過程噪聲的線性系統時間離散化的模態狀態傳遞方程和觀測方程，如下公式所示：

z_k+1＝f_k(z_k,u_k)+w_k；k＝1,2…N；

y_k＝h_k(z_k)+D_ku_k+v_k；k＝1,2…N；

其中，下標k表示第k個采樣時刻，N為正整數，z_k表示第k個采樣時刻的增廣狀態向量，u_k表示第k個采樣時刻的外載荷激勵，y_k表示第k個采樣時刻的加速度測量響應，w_k代表第k個采樣時刻的系統噪聲，其均值和方差分別設定為0和G_k，其均值和方差分別假定為0和G_k；v_k代表第k個采樣時刻的觀測噪聲，其均值和方差分別設定為0和R_k；f(z_k,u_k)代表模態狀態傳遞方程中關于向量z_k、u_k的非線性函數，h(z_k)代表觀測方程中關于向量z_k的非線性函數。