[發(fā)明專(zhuān)利]一種高效的不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210002953.6
• 申請(qǐng)日: 2022-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114357651A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳艷飛;郭祥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/17
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/17;G06F119/14
• 代理公司: 北京正陽(yáng)理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發(fā)明公開(kāi)的一種高效的不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法，屬于不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)方法為：采用絕對(duì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)公式ANCF建立確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的微分?代數(shù)方程。將不確定性的參數(shù)引入柔性多體系統(tǒng)模型的方程中，形成不確定性微分?代數(shù)方程。利用信號(hào)分解方法將系統(tǒng)的輸出響應(yīng)分解為多個(gè)振動(dòng)形式的單分量信號(hào)和一個(gè)趨勢(shì)項(xiàng)信號(hào)，然后將每個(gè)單分量信號(hào)表征為瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)相位的形式?；趬嚎s感知，在每一個(gè)時(shí)刻下分別建立瞬時(shí)幅值和瞬時(shí)相位以及趨勢(shì)項(xiàng)的稀疏多項(xiàng)式代理模型。根據(jù)所構(gòu)建的代理模型，實(shí)現(xiàn)不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的高精度高效率的預(yù)測(cè)。本發(fā)明尤其適用于大型復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效的不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法，尤其涉及一種基于壓縮感知和信號(hào)分解方法的多項(xiàng)式代理模型逼近具有不確定性參數(shù)的柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的預(yù)測(cè)方法，屬于不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域。

背景方法

機(jī)械工程領(lǐng)域中最重要的子系統(tǒng)之一就是多體系統(tǒng)。在實(shí)際工程方法中，系統(tǒng)各部件以剛體為假設(shè)的多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)不再適用當(dāng)前的研究需求。因此，柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的理論得到了發(fā)展，并常被用于解釋復(fù)雜動(dòng)力學(xué)性態(tài)，從而對(duì)系統(tǒng)的研制、加工等進(jìn)行了理論指導(dǎo)，具有較高的工程價(jià)值。

由于系統(tǒng)的材料特性、動(dòng)力學(xué)參數(shù)、載荷、邊界條件和初始條件一般都是不確定的，且模型參數(shù)的準(zhǔn)確性直接影響系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)行為的預(yù)示和控制的精確性。如果不確定性參數(shù)不能被有效的識(shí)別，則系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)預(yù)示結(jié)果可能會(huì)出現(xiàn)偏差，甚至出現(xiàn)嚴(yán)重的錯(cuò)誤，嚴(yán)重的情形可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。例如，歐空局(ESA)的“夏帕瑞麗”號(hào)(Schiaparelli)探測(cè)器墜毀事故分析結(jié)果指出，著陸過(guò)程中探測(cè)器的控制系統(tǒng)沒(méi)有考慮降落傘與著陸器之間夾角的不確定性。因此，為了給產(chǎn)品性能的可靠性分析和設(shè)計(jì)提供有力的保證，工程人員需要合理地對(duì)系統(tǒng)中存在的不確定性進(jìn)行分析，以保證工程系統(tǒng)的正常運(yùn)作。

不確定性分析即不確定性傳播分析，是正向評(píng)估不確定參數(shù)對(duì)系統(tǒng)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響，已經(jīng)逐漸成為了一種分析不確定性因素的基本手段和重要方法。然而，隨著工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜化，使得系統(tǒng)模型的計(jì)算代價(jià)越來(lái)越高，給不確定性傳播帶來(lái)“低精度”、“維數(shù)災(zāi)難”等諸多難題。

針對(duì)“低精度”問(wèn)題，Wan和Xu等都提出了多子區(qū)間的方法，該方法將原不確定性區(qū)間劃分為多個(gè)子區(qū)間，并建立每個(gè)子區(qū)間的低階代理模型。當(dāng)不確定性系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，低階代理模型不能滿(mǎn)足需要，因此這些方法并沒(méi)有從本質(zhì)上解決問(wèn)題。Cui等將自適應(yīng)信號(hào)分解方法引入不確定性分析領(lǐng)域，將多項(xiàng)式代理模型與自適應(yīng)信號(hào)分解方法相結(jié)合，該方法克服了傳統(tǒng)多項(xiàng)式代理模型方法在處理周期性時(shí)域信號(hào)時(shí)的缺點(diǎn)，極大地提高了計(jì)算的精度。但是該方法忽略了復(fù)雜工程系統(tǒng)響應(yīng)的計(jì)算效率，當(dāng)不確定性參數(shù)較多時(shí)，即使使用低階代理模型，對(duì)于復(fù)雜的柔性多體系統(tǒng)而言，“維數(shù)災(zāi)難”問(wèn)題依然存在。

因此，同時(shí)考慮具有不確定性的復(fù)雜柔性多體系統(tǒng)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的計(jì)算精度和計(jì)算效率，是現(xiàn)階段亟待突破的研究?jī)?nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)工程領(lǐng)域中復(fù)雜的柔性多體系統(tǒng)，尤其是具有不確定性參數(shù)的柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，難以保證其在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)具有較高的預(yù)測(cè)精度。同時(shí)，其計(jì)算成本是昂貴的。本發(fā)明公開(kāi)的一種高效的不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法要解決的方法問(wèn)題是：基于壓縮感知和信號(hào)分解方法建立不確定性柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的稀疏多項(xiàng)式代理模型，相比現(xiàn)有柔性多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)方法，能夠提高較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)精度，同時(shí)有效的提高其預(yù)測(cè)效率。本發(fā)明應(yīng)用于工程領(lǐng)域中具有較大規(guī)模、輸入不確定參數(shù)維數(shù)較高以及具有強(qiáng)非線(xiàn)性特性的大型復(fù)雜系統(tǒng)，解決所述工程領(lǐng)域中相關(guān)的不確定性響應(yīng)的預(yù)測(cè)及相關(guān)工程問(wèn)題。

本發(fā)明是通過(guò)以下方法方案實(shí)現(xiàn)的：