[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

本發明公布了一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，包括步驟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建立融合應變響應和加速度響應的擴展GDF濾波器；步驟4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。本發明僅需個別測量信號，即可進行結構狀態/參數/載荷聯合識別；采用應變響應與加速度響應融合策略在實際應用中操作簡單方便，能有效解決位移、載荷的虛假低頻漂移問題，提高了識別精度。

技術領域

本發明屬于結構健康監測技術領域，具體涉及一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法。

背景技術

結構上的外載荷對于結構優化設計、故障診斷以及健康監測等起著非常重要的作用。由于外載荷很難通過儀器直接測量出來，因此發展了很多確定性的載荷反求方法，即采用容易測量的結構動態響應(如位移、速度、加速度或者應變信號)依據系統特性進行載荷識別，也稱結構動力學第二類逆問題。然而在工程實際中，用于實現載荷反求時的結構模型參數往往也是未知的或者是不確定性的，這勢必導致載荷反求結果是不可信的，而參數識別也稱為結構動力學的第一類逆問題。

此外，在結構健康監測技術領域，往往需要獲取所有重要位置上的結構動態響應，然而由于監測設備、傳感器數量以及布置等因素的限制，導致無法掌握所有位置的實時響應。因此，采用少量測量信號進行結構狀態(位移、速度)/參數/載荷三者的聯合識別具有重要的現實意義。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，解決現有技術中識別方法中出現的位移、載荷虛假低頻漂移現象的固有缺陷，提升實施可操作性以及提高計算精度與效率。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種基于擴展GDF的結構狀態/參數/載荷聯合識別方法，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。

進一步優化，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：