一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法技术

本发明专利技术公开一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，步骤为：1)确定若干指示点和若干目标点；2)在指示点和目标点布置响应信号监测装置，以监测该装置所在位置的响应信号；3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行；响应信号监测装置监测指示点和目标点的响应信号，并发送至上位机；5)建立工况传递路径分析方程；6)求解得到传递率函数矩阵；7)根据传递率函数矩阵计算不同工况下各传递路径贡献量，并确定到各个传递路径的贡献量占比，完成工况传递路径分析。本发明专利技术方法克服了传统工况传递路径分析中忽略指示点数据误差的问题，提高了工况传递路径贡献量计算精度。算精度。算精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法


[0001]本专利技术涉及机械设备减振降噪领域，具体是一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法。

技术介绍

[0002]汽车、高速列车等的振动噪声是评价车辆乘坐舒适性的重要指标。好的振动噪声性能给用户带来良好的驾乘体验，更受用户的青睐，有效提升产品竞争力；而较差的振动噪声性能不但会引起驾乘人员的不适感觉，还极易给驾乘人员带来疲劳感，存在安全隐患。因此振动噪声的控制与改善具有重要的工程意义。而如何识别振动或噪声的传递路径是控制与改善振动噪声性能的前提与关键。目前识别振动噪声传递路径的常用方法有传统传递路径分析方法和工况传递路径分析方法。由于传统传递路径分析方法需要将机械设备拆分为包含激励源的主动部分和包含目标点的被动部分，从而测试频响函数，且工况载荷的识别较为复杂，因此传统传递路径分析方法效率较低，工程应用较为困难。而近年来提出的工况传递路径分析方法仅需不同运行工况下的响应数据来识别振动噪声的传递路径，避免拆分设备，以及复杂的频响函数测试与载荷识别，效率大为提升，被广泛应用于工程实际中。
[0003]然而不同工况下的指示点数据和目标点数据在测试过程中，不可避免的会引入误差，并且工况传递路径分析需要求解的方程常常是严重病态的，此时较小的误差也会导致最终的解产生较大从波动，使得工况传递路径分析计算得到的各路径贡献量存在较大的误差。目前通常采用Tikhonov正则化最小二乘法来减小目标点数据误差及求逆过程中病态的影响，然而没有考虑指示点数据误差带来的影响，使得该方法得到的各路径贡献量仍然存在一定误差，难以达到精度要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，包括以下步骤：
[0005]1)确定若干指示点和若干目标点。其中，指示点位于机械设备的激励源所在区域。每个激励源所在区域内布置一个指示点。一个区域内的指示点和激励源之间的距离小于h。目标点为机械设备待观测位置。
[0006]2)在指示点和目标点布置响应信号监测装置，以监测该装置所在位置的响应信号。
[0007]响应信号监测装置包括加速度传感器、麦克风和/或应变片。所述加速度传感器用于监测加速度响应信号。麦克风用于监测音频振动响应信号。应变片用于监测应力响应信号。
[0008]3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行。
[0009]设置的运行工况数大于等于指示点数量。
[0010]在机械设备运行过程中，响应信号监测装置监测指示点和目标点的响应信号，并
发送至上位机。
[0011]4)根据不同工况下的指示点和目标点的响应信号建立工况传递路径分析方程。
[0012]工况传递路径分析方程如下所示：
[0013]Y＝XT
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(1)
[0014]式中，Y为不同工况下的目标点响应矩阵。X为不同工况下的指示点响应矩阵。T为待求传递率函数矩阵。
[0015]工况传递路径分析方程展开式如下所示：
[0016][0017]式中，r为目标点个数。n为指示点个数。m为工况数。为不同工况下的目标点响应矩阵Y的元素。为不同工况下的指示点响应矩阵X的元素。T
nr
为待求传递率函数矩阵T的元素。
[0018]5)利用Tikhonov正则化总体最小二乘法对工况传递路径分析方程进行求解，得到传递率函数矩阵。
[0019]对工况传递路径分析方程进行求解，得到传递率函数矩阵的步骤包括：
[0020]5.1)在工况传递路径分析方程中加入误差干扰项，从而更新工况传递路径分析方程，得到：
[0021]Y+ΔY＝(X+ΔX)T
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(3)
[0022]式中，ΔY和ΔX分别为不同工况下的目标点响应矩阵Y和不同工况下的指示点响应矩阵X的误差。
[0023]5.2)建立总体最小二乘法的Tikhonov正则化目标函数和约束条件，即：
[0024][0025]式中，L表示正则化矩阵。
[0026]5.3)构造Lagrange多项式即：
[0027][0028]μ是Lagrange乘子。ρ为正则化参数。
[0029]其中，Lagrange乘子μ满足如下条件时，(ΔX,ΔY)是最优解，即：
[0030][0031]式中，表示梯度；指代Lagrange多项式；
[0032]5.4)结合公式(4)和公式(6)，求解得到不同工况下的目标点响应矩阵Y的误差ΔY
和不同工况下的指示点响应矩阵X的误差ΔX，即：
[0033][0034]5.5)将公式(7)代入公式(4)中，更新目标函数，得到：
[0035][0036]5.6)利用迭代法求解得到传递率矩阵的正则化总体最小二乘解T。
[0037]求解得到传递率矩阵的正则化总体最小二乘解T的步骤包括：
[0038]5.6.1)给定计算参数λ
L
初始值。
[0039]5.6.2)设定正则化总体最小二乘解迭代初值为T＝(X
H
X)
‑1X
H
Y。
[0040]5.6.3)更新参数λ
I
，即：
[0041][0042]5.6.4)计算更新后的正则化总体最小二乘解T，即：
[0043]T＝(X
H
X+λ
I
I+λ
L
L
H
L)
‑1X
H
Y
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(10)
[0044]式中，λ
I
和λ
L
为计算参数。
[0045]5.6.5)返回步骤5.6.3)，直至满足||T
k
‑
T
k
‑1||2<ε＝10
‑3。
[0046]5.6.6)令λ
L
＝λ
L
+Δλ
L
，并返回步骤5.6.2)，直至λ
L
≥λ
Lmax
。Δλ
L
为计算参数λ
L
的迭代步长。λ
Lmax
为计算参数λ
L
的迭代阈值。
[0047]5.6.7)以每个λ
L
计算所得的参数和参数为坐标，绘制L曲线；以L曲线曲率最大点对应的正则化参数λ
L
为最优正则化参数值；将最优正则化参数值代入(10)计算出正则化总体最小二乘解T。
[0048]6)根据传递率函数矩阵计算不同工况下各传递路径贡献量，并得到各个传递路径的贡献量占比，完成工况传递路径分析。
[0049]不同工况下各传递路径贡献量为不同工况下指示点的响应信号与传递率函数矩阵的乘积。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定若干指示点和若干目标点；其中，指示点位于所述机械设备的激励源所在区域；一个区域内的指示点和激励源之间的距离小于h；目标点为机械设备待观测位置。2)在指示点和目标点布置响应信号监测装置，以监测该装置所在位置的响应信号；3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行；在机械设备运行过程中，响应信号监测装置监测指示点和目标点的响应信号，并发送至上位机；4)根据不同工况下的指示点和目标点的响应信号建立工况传递路径分析方程；5)利用Tikhonov正则化总体最小二乘法对工况传递路径分析方程进行求解，得到传递率函数矩阵；6)根据传递率函数矩阵计算不同工况下各传递路径贡献量，并得到各个传递路径的贡献量占比，完成工况传递路径分析。2.根据权利要求1所述的基于Tikhonov正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，每个激励源所在区域内布置一个指示点。3.根据权利要求1所述的基于Tikhonov正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，响应信号监测装置包括加速度传感器、麦克风和/或应变片；所述加速度传感器用于监测加速度响应信号；麦克风用于监测音频振动响应信号；应变片用于监测应力响应信号。4.根据权利要求1所述的基于Tikhonov正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，设置的运行工况数大于等于指示点数量。5.根据权利要求1所述的基于Tikhonov正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，工况传递路径分析方程如下所示：Y＝XT
ꢀꢀꢀꢀ
(1)式中，Y为不同工况下的目标点响应矩阵；X为不同工况下的指示点响应矩阵；T为待求传递率函数矩阵；工况传递路径分析方程展开式如下所示：式中，r为目标点个数；n为指示点个数；m为工况数；为不同工况下的目标点响应矩阵Y的元素；为不同工况下的指示点响应矩阵X的元素；T
nr
为待求传递率函数矩阵T的元素。6.根据权利要求1所述的基于Tikhonov正则化总体最小二乘法的工况传递路径分析方法，其特征在于，对工况传递路径分析方程进行求解，得到传递率函数矩阵的步骤包括：1)在工况传递路径分析方程中加入误差干扰项，从而更新工况传递路径分析方程，得到：
Y+ΔY＝(X+ΔX)T
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(3)式中，ΔY和ΔX分别为不同工况下的目标点响应矩阵Y和不同工况下的指示点响应矩阵X的误差；2)建立总体最小二乘法的Tikhonov正则化目标函数和约...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志飞，唐中华，昝鸣，徐中明，贺岩松，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：