专利名称：一种结构模态参数识别方法
一种结构模态参数识别方法
技术领域：
本发明专利涉及一种结构模态参数识别方法，更具体地说，涉及一种基于经验模式分解与Morlet小波变换的结构模态参数识别方法，其用于土木、航空航天结构的模态频率、阻尼以及振型的识别。
背景技术：
用于识别土木、航空航天结构的模态频率、阻尼以及振型的的经验模式分解与小波变换技术是现有技术公知的，但是现有的同类方法一般是对结构振动测试信号进行经验模式分解得到一系列本征模函数分量，然后对单个本征模函数进行希尔伯特变换或进行小波变换，再进行模态参数识别。这些方法的一个重大的缺陷是在于只能针对信噪比比较好的冲击响应信号。由于经验模式分解对信号的要求比较高，稍有噪声影响分解出的本征模函数分量就不太理想，丧失明确的振动模态意义。尽管同类方法中使用带通滤波的办法来缓解这个问题，但得到的本征模函数分量还是容易发生模态混叠的想象，所以通过经验模式分解来进行振动模态解耦的方法在信噪比不高的情况下往往不成功，无法识别结构的模态参数。
发明内容由于在振动测试信号受到噪声污染的情况下，通过经验模式分解来进行振动模态解耦的方法在信噪比不高的情况下往往不成功，无法识别结构的模态参数，鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的一个目的是提供一种基于经验模式分解与Morlet小波变换的结构模态参数识别方法，其利用经验模式分解来进行模态筛选与信号重构之后采用Morlet 小波变换进行模态解耦与模态参数的提取，该方法能够在振动测试信号受噪声污染的情况下获得比较准确的模态参数。具体而言，本发明采用以下技术方案，一种结构模态参数识别方法(1)首先对结构的含噪振动测试信号进行经验模式分解，并对分解后获得的本征模函数分量进行功率谱分析；(2)然后根据各本征模函数分量的频率结构选择包含结构模态信息的本征模函数， 进行线性叠加获得重构信号；(3)利用重构信号进行Morlet小波变换，对小波变换系数的瞬时幅值对数和相位进行最小二乘线性拟合，计算结构的模态频率、模态阻尼以及模态振型。从而通过本发明的方法，在信噪比不理想的情况下，可利用Morlet小波变换对本征模函数的叠加信号进行参数辨识代替对单个本征模函数分别进行参数辨识。相比于现有技术，通过本发明的方法，在获得结构的冲击振动响应信号的前提下， 更能有效地进行模态解耦从而获得更为准确的结构模态参数信息，即便是信噪比不高，也能获得准确的结构模态参数，可广泛地用于土木、航空航天结构的模态频率、阻尼以及振型的识别。
图1示出多自由度系统的加速度冲击信号，采样频率为20赫兹，采样时间25秒， 采样点位512，信噪比为10。图2示出对图1所示信号进行经验模式分解后得到的本征模函数分量。图3示出经过模态筛选后对前五个本征模函数分量线性叠加后所做的Morlet小波变换谱，上图从左到右分别为小波变换系数的实部和虚部，下图从左到右分别为小波变换系数的幅值和相位。图4示出图3中的小波脊线(高亮位置)对应的小波变换系数的瞬时幅值对数和瞬时相位最小二乘拟合关系，从上到下分别为第一阶模态到第三阶模态。
具体实施方式下面将结合附图对本发明的实施例作进一步描述。根据本发明的一个优选实施例，一种结构模态参数识别方法包括以下步骤(1)对图1所示的振动信号的功率谱进行分析确定模态频率的大概范围，并对该信号进行初步的带通滤波；O对结构的含噪振动测试信号进行经验模式分解，获得多个本征模函数分量，其结果参照图2;(3)然后根据各本征模函数分量的频率结构选择包含结构模态信息的本征模函数，进行线性叠加获得重构信号；(4)利用重构信号进行Morlet小波变换，根据小波谱图中的局部极大值(小波脊线，即谱图中的高亮位置)提取各阶模态所对应的小波变换系数，其结果参照图3 ；(5)对各阶模态所对应的小波变换系数的瞬时幅值对数和瞬时相位进行最小二乘线性拟合，获得瞬时幅值对数和瞬时相位随时间的线性关系图，计算其相应的斜率分别为
权利要求
1. 一种结构模态参数识别方法，其用于土木、航空航天结构的模态频率、阻尼以及振型的识别，其特征在于，所述识别方法包括(1)首先对结构的含噪振动测试信号进行经验模式分解，并对分解后获得的本征模函数分量进行功率谱分析，得到各本征模函数分量的频率结构；(2)然后根据所得的各本征模函数分量的频率结构选择包含结构模态信息的本征模函数，对其进行线性叠加获得重构信号；(3)最后利用所述重构信号进行Morlet小波变换，对小波变换系数的瞬时幅值对数和相位进行最小二乘线性拟合，计算所述土木、航空航天结构的模态频率、模态阻尼以及模态振型。
全文摘要
本发明涉及一种结构模态参数识别方法，其用于土木、航空航天结构的模态频率、阻尼以及振型的识别。该识别方法首先对结构的含噪振动测试信号进行经验模式分解，并对分解后获得的本征模函数分量进行功率谱分析；然后根据各本征模函数分量的频率结构选择包含结构模态信息的本征模函数分量，进行线性叠加获得重构信号；最后利用重构信号进行Morlet小波变换，对各阶模态所对应的小波变换系数的瞬时幅值对数和相位进行最小二乘线性拟合，计算结构的模态频率、模态阻尼以及模态振型。
文档编号G06K9/00GK102467654SQ201010531598
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者刘珍, 徐亚兰, 薛敏, 陈建军 申请人:西安电子科技大学