[發(fā)明專利]一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110976076.8
• 申請(qǐng)日: 2021-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113705420A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 刁延松;王秋瀟;劉國(guó)棟;劉秀麗;劉蕓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06N20/00
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 閆圣娟

本公開(kāi)提供了一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取方法及系統(tǒng)，所述方案包括：獲取運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號(hào)；利用變分模態(tài)分解方法對(duì)所述加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分解，獲得若干固有模態(tài)函數(shù)；對(duì)所述固有模態(tài)函數(shù)的概率密度函數(shù)曲線進(jìn)行分析，基于所述概率密度函數(shù)曲線不同峰值數(shù)目，確定屬于結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量的固有模態(tài)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)模態(tài)響應(yīng)分量的提取。所述方案可以從運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中提取模態(tài)響應(yīng)分量，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供數(shù)據(jù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)屬于信號(hào)分析與處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

本部分的陳述僅僅是提供了與本公開(kāi)相關(guān)的背景技術(shù)信息，不必然構(gòu)成在先技術(shù)。

結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別是利用現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)損傳感技術(shù)，通過(guò)對(duì)包括結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)在內(nèi)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性進(jìn)行分析，達(dá)到識(shí)別結(jié)構(gòu)損傷與性能變化過(guò)程的目的。由于大型工程結(jié)構(gòu)與人們的生活息息相關(guān)，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)和生活造成重大影響。因此，如何及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)潛在的破壞和損傷，評(píng)估結(jié)構(gòu)的健康狀況就成為一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。近年來(lái)，基于振動(dòng)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究發(fā)展迅速。但是由于測(cè)量噪聲的影響、模態(tài)參數(shù)的不完備性、系統(tǒng)輸入信息難以獲取以及環(huán)境因素的干擾等，致使結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的準(zhǔn)確率和魯棒性有待提高。基于響應(yīng)分析的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法僅需要系統(tǒng)的輸出數(shù)據(jù)，不必考慮系統(tǒng)的輸入信息。

由于葉片旋轉(zhuǎn)引起的諧波激勵(lì)的影響，運(yùn)行狀態(tài)下的風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中含有能量占比較高的諧波響應(yīng)分量，導(dǎo)致基于振動(dòng)響應(yīng)分析的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別效果欠佳，因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別之前需要先從運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中提取結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)，然后再利用結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者們已對(duì)諧波檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了大量的研究，提出了許多諧波檢測(cè)的有效方法；但是，現(xiàn)有方法都存在一些問(wèn)題，如丟失結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)、污染原始數(shù)據(jù)以及模態(tài)混疊，嚴(yán)重影響諧波檢測(cè)的精度，進(jìn)而嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容

本公開(kāi)為了解決上述問(wèn)題，提供了一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取方法及系統(tǒng)，所述方案可以從運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中提取模態(tài)響應(yīng)分量，為后續(xù)的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供數(shù)據(jù)支持，有效提高結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別的精度。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的第一個(gè)方面，提供了一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取方法，包括：

獲取運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號(hào)；

利用變分模態(tài)分解方法對(duì)所述加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分解，獲得若干固有模態(tài)函數(shù)；

對(duì)所述固有模態(tài)函數(shù)的概率密度函數(shù)曲線進(jìn)行分析，基于所述概率密度函數(shù)曲線不同峰值數(shù)目，確定屬于結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量的固有模態(tài)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)模態(tài)響應(yīng)分量的提取。

進(jìn)一步的，所述利用變分模態(tài)分解方法對(duì)所述加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分解，具體為：對(duì)獲取的結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行變分模態(tài)分解；基于快速傅里葉變換獲得各固有模態(tài)函數(shù)的頻譜圖，并利用所述頻譜圖判斷是否發(fā)生模態(tài)重疊或模態(tài)裂解；當(dāng)發(fā)生模態(tài)重疊或模態(tài)裂解時(shí)，對(duì)所述變分模態(tài)分解方法參數(shù)進(jìn)行調(diào)整重新分解，直至獲得含單一頻率成分的固有模態(tài)函數(shù)分量。

進(jìn)一步的，所述對(duì)所述固有模態(tài)函數(shù)的概率密度函數(shù)曲線進(jìn)行分析，具體為：繪制各個(gè)固有模態(tài)函數(shù)的概率密度函數(shù)曲線，基于所述概率密度曲線的不同峰值數(shù)量，對(duì)所述固有模態(tài)函數(shù)進(jìn)行分類。

根據(jù)本公開(kāi)實(shí)施例的第二個(gè)方面，提供了一種風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)分量提取系統(tǒng)，包括：

數(shù)據(jù)獲取單元，其用于獲取運(yùn)行狀態(tài)下風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)信號(hào)；

固有模態(tài)函數(shù)獲取單元，其用于利用變分模態(tài)分解方法對(duì)所述加速度響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行分解，獲得若干固有模態(tài)函數(shù)；