[發明專利]多模態系統隨機非平穩振動頻率特征的轉移概率確定方法

在審

• 申請號: 202210394872.5
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114878117A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 趙瀚瑋;丁幼亮;李愛群
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G06K9/62;G06F17/16;G06F17/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了多模態系統隨機非平穩振動頻率特征的轉移概率確定方法，包括：提取各段非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果，以之為該段非平穩振動的主導頻率，對各段非平穩振動的主導頻率數據進行一維層次聚類，根據非平穩振動的發生時間，對每個當前非平穩振動主導頻率所屬聚類簇的下一個非平穩振動主導頻率所屬聚類簇進行計數并建立轉移概率矩陣，計算聚類簇的出現概率行向量并將其與轉移概率矩陣相乘，則可得到每個聚類簇從其它聚類簇轉移的轉移概率行向量，轉移概率行向量中各轉移概率值分別表示隨機過程中從其他頻率特征轉移到各頻率特征的概率大小。本發明方法可為系統的智能振動控制提供實時的非平穩振動頻率及其控制優先級信息。

技術領域

本發明涉及多模態系統隨機非平穩振動頻率特征的轉移概率確定方法，屬于結構智能監測、檢測與控制領域。

背景技術

如果工程結構或構件等系統的動力特征具有多個模態，那么系統在全壽命周期內可能會出現多段以某個模態為主導的非平穩振動，各非平穩振動段的主導模態會隨著外部環境的變化而在系統的各階固有模態間相互轉換。考慮到振動頻率是振動模態的主要特征參數，確定這些非平穩振動段的主導頻率和其在隨機過程中轉移概率是對系統進行振動控制的前提。然而，由于真實情況下外部環境變化的不確定性很大，加上系統的振動頻率會隨著環境變化出現細微變化，數字化地確定多模態系統非平穩振動頻率特征在隨機過程中的轉移概率比較困難。需要有相關技術解決該類問題。

目前，土木、機械領域內關于確定具有多個模態的結構或構件系統的非平穩振動頻率特征轉移概率的方法鮮有所聞。取而代之的普遍方法是：忽略時間歷程中各個非平穩振動段之間的可能潛在關系，僅把每個非平穩振動段看作獨立事件，直接識別各非平穩振動的頻率，并人工將頻率值相近的識別結果歸類，計算每類識別頻率值數量與識別頻率值總量的比值，并以之為該類(階)頻率值在隨機過程中的出現概率。可以發現，現有技術比較依賴相關從業人員的專業知識，且沒考慮各非平穩振動段在時間歷程中的先后順序和潛在轉換關系，不能真實反映隨機過程中各模態非平穩振動頻率的出現及轉移概率。

因此，有必要研發一種考慮時間先后順序和各非平穩振動段潛在關系的多模態系統隨機非平穩振動頻率特征轉移概率自動確定方法，為土木、機械系統的振動控制提供實時的非平穩振動頻率及其控制優先級信息。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供多模態系統隨機非平穩振動頻率特征的轉移概率確定方法，可以為系統的智能振動控制工作提供實時的非平穩振動頻率及其控制優先級信息。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

多模態系統隨機非平穩振動頻率特征的轉移概率確定方法，包括如下步驟：

步驟1，基于一定時間長度內多模態系統的多段非平穩振動數據，對各段非平穩振動數據進行頻域功率譜分析，提取各段非平穩振動功率譜中能量最大的頻率結果，作為該段非平穩振動的主導頻率；

步驟2，對各段非平穩振動的主導頻率進行一維層次聚類，層次聚類的輸出結果取各聚類簇內全部數據點的增量平方和大于預設距離值的聚類結果，所述預設距離值取系統各階固有頻率間最小距離的0.9至1倍中的任意值；

步驟3，根據非平穩振動的發生時間，對每個當前非平穩振動主導頻率所屬聚類簇的下一個非平穩振動主導頻率所屬聚類簇進行計數，基于計數結果建立轉移概率矩陣；

步驟4，將每個聚類簇中的元素個數除以所有聚類簇中的元素個數，計算出每個聚類簇的出現概率并按行存儲，然后將聚類簇的出現概率行向量與轉移概率矩陣相乘，得到每個聚類簇從其它聚類簇轉移的轉移概率行向量，轉移概率行向量中的各轉移概率值分別表示隨機過程中從其他頻率特征轉移到各頻率特征的概率大小。

作為本發明的一種優選方案，所述步驟1的方法具體如下：