基于ELMD和KNN分類器的船體砰擊載荷檢測算法研究.pdf

1、隨著船舶行業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，船舶結(jié)構(gòu)安全的重要性也日益突出。船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)監(jiān)測船體各部位的應(yīng)力數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到船舶結(jié)構(gòu)安全的評(píng)估。船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)采集的信號(hào)中包含了船體在水中航行時(shí)受到的砰擊載荷分量。高強(qiáng)度的砰擊載荷會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成影響，威脅到船舶的安全。低強(qiáng)度的砰擊載荷對(duì)船體的影響屬于累積式的損傷，當(dāng)其長時(shí)間作用于船體時(shí)會(huì)對(duì)船體結(jié)構(gòu)造成累積損傷，破壞船舶整體結(jié)構(gòu)。通過對(duì)砰擊載荷信號(hào)的檢測識(shí)別，可以結(jié)合當(dāng)前海況對(duì)船體結(jié)構(gòu)的安

2、全進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)安全等級(jí)進(jìn)行預(yù)警，進(jìn)一步保障船舶在水域航行時(shí)的人身財(cái)產(chǎn)安全。因此，對(duì)砰擊載荷檢測識(shí)別的研究具有重要的理論與實(shí)際意義。
　　砰擊載荷信號(hào)是一種非平穩(wěn)、非線性的復(fù)雜信號(hào)。針對(duì)砰擊載荷信號(hào)的特點(diǎn)，本文提出了一種基于總體局域均值分解（ELMD）和K最近鄰（KNN）分類器的砰擊載荷檢測方法。本文首先將局域均值分解（LMD）與傳統(tǒng)的時(shí)頻分析方法和希爾伯特黃變換（HHT）進(jìn)行比較，可知LMD可以獲得較好的時(shí)頻分析結(jié)果并且不會(huì)分

3、解出干擾項(xiàng)，因此LMD更適合用來作時(shí)頻分析。其次利用LMD的改進(jìn)算法—ELMD方法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分解，并提取砰擊信號(hào)的樣本熵、能量熵和邊際譜幅度比作為砰擊載荷的特征，組成特征向量。最后將特征向量與KNN分類器相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)砰擊載荷的檢測識(shí)別。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，本文提出的方法具有計(jì)算量小并且準(zhǔn)確率較高的特點(diǎn)?？梢詰?yīng)用在船舶結(jié)構(gòu)監(jiān)測系統(tǒng)中，實(shí)時(shí)的檢測船舶受到的砰擊載荷，保護(hù)船體的結(jié)構(gòu)安全。
　　本文研究的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

4、r>　　首先詳細(xì)闡述了LMD的基本原理，簡單介紹了短時(shí)傅里葉變換等傳統(tǒng)時(shí)頻分析方法和希爾伯特黃變換，并比較各種時(shí)頻分析方法的效果，說明了LMD方法與其他時(shí)頻分析方法相比的優(yōu)越性。
　　其次介紹了砰擊信號(hào)的分類及數(shù)學(xué)模型。并對(duì)LMD算法的一種改進(jìn)算法—ELMD進(jìn)行了闡述。接著，利用LMD、集成經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EEMD）和ELMD三種方法，分解包含間歇信號(hào)的多分量信號(hào)，并進(jìn)行比較。最終將ELMD作為原始信號(hào)的分解方法，通過分解結(jié)果的對(duì)比