一种脉冲响应中谐波成分的检测和去除方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种脉冲响应中谐波成分的检测和去除方法，涉及振动信号处理与系统参数识别领域，能够检测和去除结构脉冲响应中由周期激励力产生的伪共振成分，从而提高系统参数识别的可靠性。适用于工作状态下的机械结构系统的模态试验与参数识别。本发明专利技术的方法包括：针对脉冲激励情况提出一种优化的谐波成分检测方法，即在空间域内将响应信号的各频率成分分解，基于不同的频域空间域分量估计与之对应的增强统计量；针对检测出的谐波频率采用周期分解的方法重构出谐波信号并将其去除。

Method for detecting and removing harmonic component in impulse response

The embodiment of the invention discloses a pulse response detection of harmonic components and elimination methods, involving vibration signal processing and system parameter identification field, pseudo resonance components can detect and remove the impulse response by periodic excitation force, so as to improve the reliability of system parameter identification. Modal test and parameter identification of mechanical structure system suitable for working condition. The method of the invention comprises: according to the harmonic detection method of impulse excitation proposes a optimization, namely in the space domain in the response of each frequency component signal decomposition, frequency and spatial domain components of different estimates of statistics and the corresponding enhancement based on the harmonic frequency; detected by using the method of decomposition of the reconstructed harmonic cycle the signal and its removal.

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲响应中谐波成分的检测和去除方法
本专利技术涉及振动信号分析与结构动力学参数辨识领域，尤其涉及工作状态下的振动模态分析领域。
技术介绍
振动模态分析是获取机械结构动态特性不可或缺的手段，是振动控制、结构状态监测、减震降噪、机械结构故障诊断、有限元模型修正及确认的基础。传统的试验模态分析是对结构加载人工激励，通过测得系统的输入和输出信号，建立系统的时域或频域输入-输出模型来识别出结构动力学参数。脉冲激励是一种常见的人工激励，具有加载方便、频带宽、无附加刚度等优点，但要求测试结构整体处于非工作状态，以保证较高的信噪比。然而，某些情况下，虽然机械结构处于停车状态，但其中的部分结构仍处于工作状态，如磁悬浮转子的控制系统、高速列车的变压器等。这些工作状态的部件可能产生周期激振力，在脉冲激励的响应中产生谐波成分。在振动响应中，这些谐波成分通常表现为虚假的共振峰，扰乱真实结构动力学参数的辨识。因此，检测和去除这些谐波成分成为正确辨识动力学参数的必要前提。传统的谐波检测方法是基于运行模态测试方法的，要求较大的采样数据，并在随机响应信号中检测谐波成分。然而，基于脉冲激励的试验模态测试的响应呈衰减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种脉冲响应中谐波成分的检测方法，其特征在于，所述方法用于机械结构的试验模态分析，所述试验模态分析由于机械结构受含有未知周期激励导致其脉冲响应中含有谐波成分，该方法包括：针对所述机械结构的脉冲激励与响应估计出频率响应函数矩阵，并对所述频率响应函数矩阵作奇异值分解得到奇异值和奇异向量；利用所述的奇异向量加权脉冲响应，计算得到增强的响应信号，并估计所述增强的响应信号的概率密度函数和峭度值；根据所述概率密度函数和峭度值检测出脉冲响应中的谐波成分。

【技术特征摘要】
1.一种脉冲响应中谐波成分的检测方法，其特征在于，所述方法用于机械结构的试验模态分析，所述试验模态分析由于机械结构受含有未知周期激励导致其脉冲响应中含有谐波成分，该方法包括：针对所述机械结构的脉冲激励与响应估计出频率响应函数矩阵，并对所述频率响应函数矩阵作奇异值分解得到奇异值和奇异向量；利用所述的奇异向量加权脉冲响应，计算得到增强的响应信号，并估计所述增强的响应信号的概率密度函数和峭度值；根据所述概率密度函数和峭度值检测出脉冲响应中的谐波成分。2.根据权利要求1所述的一种脉冲响应中谐波成分的检测方法，其特征在于，所述脉冲响应信号中的谐波成分未知，通过增强的响应信号的概率函数和峭度值来判断，具体过程为当所述增强的响应信号为谐波信号时，其概率密度函数表示为：其中，fT为时间的概率密度，ω和a分别为增强的响应信号的圆频率和幅值；当趋近于a或-a时，周期函数的概率密度值趋于无穷大，即分别在概率密度曲线的两端出现陡峭的峰值，使所述概率密度的曲线成马鞍面；所述峭度值为：其中，是期望算子，为第r个峰值频率对应的增强响应信号，μ和σ分别为的均值和标准方差；当为谐波时，μ＝0，a为谐波幅值，则K＝-1.5；当增强信号的概率密度曲线的形状为马鞍状且峭度值接近-1.5时，可认为所述增强的信号为谐波信号。3.根据权利要求2所述的一种脉冲响应中谐波成分的检测方法，其特征在于，所述增强的响应信号包含独立的频率成分，通过奇异向量加权得到：其中，ur为第r个峰值频率所对应左奇异向量，上标T为转置，y为测得自由度上的响应信号，为第r个峰值频率对应的增强响应信号。4.根据权利要求3所述的一种脉冲响应中谐波成分的检测方法，其特征在于，所述奇异向量由频率响应函数矩阵作奇异值分解获得：H(fr)＝Ur∑rVrH(3)其中，H(fr)为第r阶共振频率fr处的频率响应函数矩阵，Ur是由左奇异向量组成的矩阵，∑r是由奇异值组成的对角矩阵，Vr是由右奇异向量组成的矩阵，上标H表示共轭转置；取Ur的第一列向量作为所述奇异向量ur。5.根据权利要求4所述一种脉冲响应中谐波成分的检测的方法，其特征在于，在含有测量噪声的情况下，估计所述频率响应函数矩阵：当仅...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，夏遵平，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32