大型結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)處理與模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究.pdf

1、系統(tǒng)科學(xué)是上世紀(jì)后半世紀(jì)人類最偉大的成就之一，也是當(dāng)今最活躍的科學(xué)領(lǐng)域之一。依據(jù)系統(tǒng)科學(xué)觀點(diǎn)，只要符合序?qū)?，)S T R=的均可將被研究對(duì)象視為系統(tǒng)。自然，一個(gè)大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)例如橋梁、大壩都可視為一個(gè)系統(tǒng)，可用系統(tǒng)理論方法對(duì)它進(jìn)行分析和求解。一般大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)幾乎都離不開振動(dòng)問題，此時(shí)所涉及到的信號(hào)為振動(dòng)信號(hào)。大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的固有特性，即固有頻率、阻尼比和振型，又稱模態(tài)參數(shù)，是分析研究大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力特性的依據(jù)。模態(tài)參數(shù)識(shí)別（Modal P

2、arameterIdentification）是研究大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力特性的近代方法，在大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全問題日益受到重視的今天，此類模態(tài)參數(shù)識(shí)別研究顯得尤為重要。
　　 本文研究提出消除振動(dòng)信號(hào)趨勢項(xiàng)的快速積分處理方法。通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的振動(dòng)信號(hào)（加速度信號(hào)）求得積分后的振動(dòng)信號(hào)（速度、位移信號(hào)），運(yùn)用多項(xiàng)式擬合的方法消除采樣積分中產(chǎn)生的趨勢項(xiàng)，利用各階系數(shù)間的關(guān)系提高運(yùn)算速度及精度，并將其離散化以滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)“在線

3、”處理、分析數(shù)據(jù)的要求。不僅通過仿真獲知采樣頻率s f和數(shù)據(jù)長度n 對(duì)精度的影響，而且通過有限元建模獲得的加速度信號(hào)仿真分析和通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際采集的加速度信號(hào)進(jìn)行處理，進(jìn)一步驗(yàn)證和說明了所提方法的有效性。
　　 針對(duì)大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)具有緩慢衰減的特點(diǎn)，本文作者在研究提出基于均值生成時(shí)序構(gòu)造的mv SCGM系統(tǒng)云灰色預(yù)測模型基礎(chǔ)上，構(gòu)建殘差修正系統(tǒng)云灰色預(yù)測模型，記為mv ESCGM，并將其應(yīng)用于大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)預(yù)測

4、。系統(tǒng)模型是系統(tǒng)科學(xué)的基本內(nèi)容，而實(shí)踐中人們常常很難或不可能從被研究對(duì)象獲取完備的模型信息，此時(shí)被研究對(duì)象處于“貧”信息狀態(tài)，很難或不可能用常用的理論方法滿意求解系統(tǒng)。此時(shí)若用灰色系統(tǒng)理論方法，可望獲得良好結(jié)果。顯然大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的現(xiàn)時(shí)模態(tài)參數(shù)有別于未來模態(tài)參數(shù)，預(yù)測和預(yù)測模型在此是關(guān)鍵。本文研究提出的灰色預(yù)測模型理論證明和示例計(jì)算表明，所建模型的計(jì)算量少，其擬合、預(yù)測效果令人滿意。
　　 通過分析自由響應(yīng)特征根實(shí)、虛部分布特點(diǎn)，

5、可有效消除隨機(jī)減量法獲得自由響應(yīng)的噪聲模態(tài)，獲得更為真實(shí)的自由響應(yīng)信號(hào)，并據(jù)此通過ARMA法識(shí)別大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模態(tài)，記為隨機(jī)減量去噪-ARMA法。且通過對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際采集到的振動(dòng)信號(hào)處理，可表明所提出的方法的有效性。識(shí)別大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模態(tài)的最終目的是為了判斷該系統(tǒng)的健康狀況。為精確獲知系統(tǒng)的健康狀況，本文研究提出大型結(jié)構(gòu)系統(tǒng)衰減由自然衰減和非自然衰減構(gòu)成機(jī)理，由系統(tǒng)預(yù)測模型獲得自然衰減模態(tài)與現(xiàn)時(shí)振動(dòng)信號(hào)識(shí)別出的模態(tài)比較，通過設(shè)定值得出