非线性隔振系统的边界辨识方法与流程

本发明涉及机械设备低频振动隔离领域，具体涉及一种非线性隔振系统的边界辨识方法。

背景技术：

机械设备低频振动隔离一直是一项难题，而非线性隔振系统能够有效的抑制低频线谱。但是由于非线性隔振系统本身的混沌参数区域较小，或者难于实现，而非线性隔振系统的工作环境中存在干扰较多，经常会出现较大幅值的扰动，将系统干扰出混沌参数域，重新回到周期运动，因此控制隔振系统，实现其持续的混沌运动具有重要的意义。本专利通过提供一种非线性隔振系统混沌振动边界的辨识方法，为后续混沌振动的控制提供依据，在边界辨识的基础上进行混沌振动控制保持，可以降低控制难度。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对混沌振动难以保持的问题，本发明提供一种非线性隔振系统边界辨识的方法，本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

非线性隔振系统的边界辨识方法，包括以下步骤：

步骤s1、测试非线性隔振系统的振动系统的振动信号：y＝x(t)，其中t是时间，x(t)是随时间变化的振动加速度；

步骤s2、对非线性隔振系统进行频谱分析，将步骤1的时域信号转变到频域信号x(ω)，即其中ω为频率；

步骤s3、对频域信号x(ω)的频谱特性进行分析，分析谱线的峰值和频率分布，每隔一定时间，对其中峰值最大的前m条谱线求峰值随时间的变化率：

并计算所有谱线中幅值超过预设第一阈值x0的谱线条数n；

步骤s4、对实时n值和实时峰值最大的前m条谱线的c(ω)进行监测，判断c(ω)是否超过预设第二阈值c0，判断n是否超过预设第三阈值n0，若n或任意一个c(ω)超过对应阈值则发出报警信号。

进一步的，所述第一阈值x0、第二阈值c0和第三阈值n0根据系统测试结果得到，所述测试方法为：监测非线性隔振系统频域信号的实时峰值，当非线性隔振系统到达混沌振动边界时，存储当时非线性隔振系统频域信号的谱线最大峰值xmax，计算峰值xmax随时间的变化率cmax，则x0＝xmax-a,c0＝cmax-b,并统计非线性隔振系统频域信号所有谱线中幅值超过xmax-a的谱线条数nmax，则n0＝nmax-e,其中，a、b和e根据需要设置。

本发明的有益效果为：本发明的方法能够在系统到达混沌振动边界之前发出预警，从而可以提前施加控制干涉，使系统能够持续保持在混沌振动状态，降低非线性隔振系统的控制难度。本发明基于振动信号的频谱特性，对非线性隔振系统的振动边界进行辨识，简单易行，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为系统中激励的时间-幅值图；

图2为系统响应的时间-幅值图；

图3为图1中信号的频谱特性图；

图4为图2中信号的频谱特性图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

非线性隔振系统的边界辨识方法，包括以下步骤：

1.采样频率为f，非线性隔振系统的振动信号时间序列为：

y(n)＝x0,x1,x2,x3,x4…xn…xn-1

2.对采集到的p个数据进行频谱分析，将时域信号转变到频域信号：

k＝0,1,2…p-1

3.对频谱特性进行分析，分析谱线的峰值和频率分布，找到在不同频率处出现的多条峰值，

如ω0，2ω0，3ω0，…处对应的峰值y(n0)，y(2n0)，y(3n0)，…；

其中n0＝nf0，f0为隔振系统的外部激励频率。

4.每隔一定时间t，对其中峰值最大的前m谱线求峰值随时间的变化率：

并计算峰值大于设置值xp的谱线条数n，重点关注激励峰值的倍频及邻近频率范围。

对实时n值和实时幅值最大的前m条谱线的c(k)进行监测，判断c(k)是否超过预设第二阈值c0，判断n是否超过预设第三阈值n0，若n或任意一个c(k)超过对应阈值则发出报警信号。

所述第一阈值x0、第二阈值c0和第三阈值n0根据系统测试结果得到，所述测试方法为：监测非线性隔振系统频域信号的实时峰值，当非线性隔振系统到达混沌振动边界时，存储当时非线性隔振系统频域信号的谱线最大峰值xmax，计算峰值xmax随时间的变化率cmax，则x0＝xmax-a,c0＝cmax-b,并统计非线性隔振系统频域信号所有谱线中幅值超过xmax-a的谱线条数nmax，则n0＝nmax-e,其中，a、b和e根据需要设置。

实施例1

如图1所示为非线性隔振系统中激励的时间-幅值图，图2为响应的时间-幅值图，图3为图1中信号的频谱特性，图4为图2中信号的频谱特性。

例如在系统设置振幅的阈值为0.01，线谱条数的阈值为4，则只有在激励为0.57的情况下，超过阈值的线谱条数为5条，所以当激励大于0.57时，系统会报警。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.非线性隔振系统的边界辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤s1、测试非线性隔振系统的振动系统的振动信号：y＝x(t)，其中t是时间，x(t)是随时间变化的振动加速度；

步骤s2、对非线性隔振系统进行频谱分析，将步骤1的时域信号转变到频域信号x(ω)，即其中ω为频率；

步骤s3、对频域信号x(ω)的频谱特性进行分析，分析谱线的峰值和频率分布，每隔一定时间，对其中峰值最大的前m条谱线求峰值随时间的变化率：

并计算所有谱线中幅值超过预设第一阈值x0的谱线条数n；

步骤s4、对实时n值和实时峰值最大的前m条谱线的c(ω)进行监测，判断c(ω)是否超过预设第二阈值c0，判断n是否超过预设第三阈值n0，若n或任意一个c(ω)超过对应阈值则发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的非线性隔振系统的边界辨识方法，其特征在于，所述第一阈值x0、第二阈值c0和第三阈值n0根据系统测试结果得到，所述测试方法为：监测非线性隔振系统频域信号的实时峰值，当非线性隔振系统到达混沌振动边界时，存储当时非线性隔振系统频域信号的谱线最大峰值xmax，计算峰值xmax随时间的变化率cmax，则x0＝xmax-a,c0＝cmax-b,并统计非线性隔振系统频域信号所有谱线中幅值超过xmax-a的谱线条数nmax，则n0＝nmax-e,其中，a、b和e根据需要设置。

技术总结
本发明涉及一种非线性隔振系统的边界辨识方法，包括以下步骤：1、测试非线性隔振系统的振动系统的振动信号：y＝x(t)；2、对非线性隔振系统进行频谱分析，将步骤1的时域信号转变到频域信号；3、对频域信号X(ω)的频谱特性进行分析，分析谱线的峰值和频率分布，对其中峰值最大的前M条谱线求峰值随时间的变化率c(ω)，并计算谱线中幅值超过预设第一阈值X0的谱线条数N；4、对峰值最大的前M条谱线c(ω)和N进行监测，判断c(ω)是否超过预设第二阈值c0，判断N是否超过预设第三阈值N0，若N或任意一个c(ω)超过对应阈值则发出报警信号。本发明的方法能够在系统到达混沌振动边界之前发出预警，从而可以提前施加控制干涉，使系统能够持续保持在混沌振动状态。

技术研发人员：董万静;谢坤;李文成
受保护的技术使用者：华中农业大学
技术研发日：2020.05.15
技术公布日：2020.09.22