一種基于三次b樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法，包括以下步驟：1)采用錘擊法測量動載荷施加的機(jī)械結(jié)構(gòu)位置點(diǎn)與機(jī)械結(jié)構(gòu)響應(yīng)測點(diǎn)間的頻響函數(shù)，通過快速傅里葉逆變換得到單位脈沖響應(yīng)函數(shù)，進(jìn)而解卷積獲得傳遞矩陣；2)采用加速度傳感器測量由結(jié)構(gòu)動載荷產(chǎn)生的響應(yīng)點(diǎn)的加速度信號；3)構(gòu)造不同層數(shù)下三次B樣條尺度函數(shù)的尺度函數(shù)矩陣、對偶矩陣以及系數(shù)矩陣，選擇條件數(shù)最小的系數(shù)矩陣；4)利用加速度響應(yīng)和系數(shù)矩陣，計(jì)算正則化層數(shù)下的三次B樣條尺度函數(shù)的權(quán)系數(shù)；5)權(quán)系數(shù)乘以尺度函數(shù)矩陣獲得正則化的待識別機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷。
【專利說明】-種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)械振動的載荷識別領(lǐng)域，具體涉及一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的 機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、可靠性分析、故障診斷和振動主動控制等 領(lǐng)域中起著關(guān)鍵性作用。比如用于風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機(jī)葉片，由于在風(fēng)機(jī)運(yùn)行以及維護(hù)過程中， 不可避免的遭受到風(fēng)沙、飛鳥、冰雹、工具等外來物的沖擊，并且發(fā)生頻率較高，沖擊損傷積 累下來會對風(fēng)機(jī)葉片的完整性以及承載能力造成安全隱患；比如工程實(shí)際中，作用于飛機(jī) 機(jī)翼的大氣脈動壓力甚至外來物飛鳥對機(jī)翼或者發(fā)動機(jī)葉片的撞擊、火車輪對與鐵軌間的 沖擊接觸力等等動載荷；比如在車輛的振動傳遞路徑分析中，其要解決的關(guān)鍵問題是如何 識別發(fā)動機(jī)支撐部件的動載荷，進(jìn)而為車輛的振動隔離提供依據(jù)。由于技術(shù)和測量條件的 制約，難以對作用于這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的動載荷直接測量或計(jì)算。識別作用于機(jī)械結(jié)構(gòu)的外來 動載荷，對機(jī)械結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行和維護(hù)具有重要意義，因此，人們不得不研究間接的動載荷 測量方法。動載荷識別屬于結(jié)構(gòu)動力學(xué)反問題的第二類反問題，是一個典型的病態(tài)問題，因 此，有必要用正則化方法來克服結(jié)構(gòu)動載荷識別的病態(tài)問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明目的是提供一種識別精度優(yōu)于傳統(tǒng)截?cái)嗥娈愔捣纸夥椒ǖ幕谌蜝樣 條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法，用于解決當(dāng)前機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別中存在的病態(tài) 問題。
[0004] 機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別正則化方法分為頻域法和時域法。時域載荷識別方法不同 于傳統(tǒng)的頻域法，無須在各個頻點(diǎn)對頻響函數(shù)矩陣求逆，而是根據(jù)載荷與機(jī)械結(jié)構(gòu)傳遞函 數(shù)之間的卷積關(guān)系，通過解卷積獲取載荷的時域離散信號，能夠處理瞬態(tài)信號，因而在沖 擊載荷識別方面應(yīng)用較多。目前廣泛應(yīng)用的正則化方法有截?cái)嗥娈惙纸夥椒ǎ═runcated Singular Value Decomposition, TSVD)、Tikhonov正則化方法、迭代正則化方法以及基函 數(shù)展開法。小波函數(shù)具有時域集聚性，是分析瞬態(tài)、非平穩(wěn)以及時變特征的有力工具。與其 他小波函數(shù)相比，三次B樣條尺度函數(shù)具有局部性和樣條光滑性特點(diǎn)，而適用于機(jī)械結(jié)構(gòu) 動載荷的求解，特別是沖擊力動載荷的識別。本發(fā)明應(yīng)用三次B樣條尺度函數(shù)重構(gòu)作用于 機(jī)械結(jié)構(gòu)的動載荷，依據(jù)條件數(shù)衡量系數(shù)矩陣病態(tài)程度這一重要理論，選擇三次B樣條尺 度函數(shù)的正則化層數(shù)，確定用于求解機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷的基函數(shù)個數(shù)。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī) 械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法，其特征在于，該方法將三次B樣條尺度函數(shù)作為基函數(shù)，基于 尺度函數(shù)的多分辨率特征逼近重構(gòu)待識別的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷，其中，階數(shù)m = 4, j表示分 解層數(shù)，k表示時移因子，t表示時間變量。尺度函數(shù)<#)在[0,4]區(qū)間內(nèi)部函數(shù)計(jì)算公式 為：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法，其特征在于，該方法將 三次B樣條尺度函數(shù)作為基函數(shù)，基于尺度函數(shù)的多分辨率特征逼近待識別機(jī)械結(jié) 構(gòu)的動載荷，其中，階數(shù)m= 4,j表示分解層數(shù)，k表示時移因子，t表示時間變量，該方法 具體包括如下步驟： 1) 測量頻響函數(shù)和計(jì)算傳遞矩陣，采用錘擊法測量動載荷施加的機(jī)械結(jié)構(gòu)位置點(diǎn)與機(jī) 械結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)測點(diǎn)間的頻響函數(shù)H(ω)，通過快速傅里葉逆變換得到單位脈沖響應(yīng)函 數(shù)h(t)，進(jìn)而解卷積獲得傳動函數(shù)矩陣Η，其中，ω表示圓頻率變量； 2) 施加動載荷和測量加速度響應(yīng)，利用加速度傳感器測量由機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷產(chǎn)生的加 速度響應(yīng)信號y; 3) 構(gòu)造不同分解層數(shù)j下的三次B樣條尺度函數(shù)^U(〇的尺度函數(shù)矩陣Φ、對偶函數(shù) 矩陣Φ以及系數(shù)矩陣A = ΦΗΦ ,選擇條件數(shù)最小的系數(shù)矩陣，即正則化的系數(shù)矩陣A; 4) 利用加速度響應(yīng)y和正則化的系數(shù)矩陣Α，計(jì)算正則化尺度下的三次B樣條尺度函 數(shù)的權(quán)系數(shù)c=AAy; 5) 將權(quán)系數(shù)c與尺度函數(shù)矩陣Φ進(jìn)行乘積運(yùn)算以獲得最優(yōu)的待識別機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷 f=CjCo
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方 法，其特征在于，優(yōu)選的，所述的步驟3)中對偶函數(shù)矩陣的計(jì)算公式和 φ(0 = ·Ρ-lfIHO，其中，積分上限tf表示機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷持續(xù)的終止時間，默認(rèn)動載荷初始時 間為零，上標(biāo)T表示矩陣轉(zhuǎn)置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于三次B樣條尺度函數(shù)的機(jī)械結(jié)構(gòu)動載荷識別方法， 其特征在于，所述的步驟3)中，三次B樣條尺度函數(shù)的分解層數(shù)j起到了正則化參數(shù)的作 用，正則化層數(shù)的確定取決于系數(shù)矩陣A=?ΗΦ的條件數(shù)是否為最小。
【文檔編號】G06F19/00GK104462862SQ201510004924
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2015年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月6日
【發(fā)明者】陳雪峰, 喬百杰, 羅新杰, 張興武, 薛曉峰 申請人:西安交通大學(xué)