一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法技术

本申请公开了一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法，包括获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；基于先验信息建立模态频率范围，从模态频率范围内提取目标模态频率；基于先验信息及目标模态频率建立模态阻尼比范围，从模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比；基于目标模态频率和目标模态阻尼比确定模态振型。本申请将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息，无需传感器中增设额外单元，降低了无线传感器电源的电量消耗。源的电量消耗。源的电量消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法


[0001]本申请涉及振动
，特别涉及一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法。

技术介绍

[0002]模态参数识别是研究结构固有振动特性的方式，其中，模态参数包括模态频率、模态阻尼比以及模态振型。模态参数识别可以应用于结构状态识别，有限元模型分析与修正、振动控制、损伤检测等领域。
[0003]现有的基于压缩感知的模态分析方法之一为先验稀疏分解(Prior sparse decomposition,PSD)，然而，PSD需要在传感器添加额外的模块用于计算相关函数、基变换和使用峰值提取算法，会消耗无线传感器电源的电量，不利于长期的监测。
[0004]因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现思路

[0005]本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种基于先验信息的长期工作模态分析方法，所述的方法包括：
[0007]获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，并将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；
[0008]基于所述先验信息建立模态频率范围，并采用正交匹配追踪算法从所述模态频率范围内提取目标模态频率；
[0009]基于所述先验信息及所述目标模态频率建立模态阻尼比范围，并采用正交匹配追踪算法从所述模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比；
[0010]基于所述目标模态频率和目标模态阻尼比，确定所述目标结构对应的模态振型。
[0011]在一个实现方式中，所述将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息具体包括：
[0012]检测所述压缩振动响应信号的获取时刻为是否为首次获取时刻；
[0013]当获取时刻不为首次获取时刻时，将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；
[0014]当获取时刻为首次获取时刻时，将预设模态参数作为先验信息。
[0015]在一个实现方式中，所述预设模态参数的获取过程具体包括：
[0016]通过传感器获取目标结构的未压缩振动响应信号；
[0017]对所述未压缩振动响应信号进行模态分析，以得到默认模态频率和默认模态阻尼比，并将默认模态频率和默认模态阻尼比作为预设模态参数。
[0018]在一个实现方式中，所述采用正交匹配追踪算法从模态频率范围内提取目标模态
频率具体包括：
[0019]基于所述模态频率范围以自由振动函数为基建立频率字典；
[0020]求解所述频率字典的最稀疏解，以得到目标模态频率。
[0021]在一个实现方式中，所述采用正交匹配追踪算法从所述模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比具体包括：
[0022]根据所述模态阻尼比范围以自由振动函数为基建立阻尼字典；
[0023]求解所述阻尼字典的最稀疏解，以得到目标模态阻尼比。
[0024]在一个实现方式中，所述基于所述目标模态频率和目标模态阻尼比，确定所述目标结构对应的模态振型具体包括：
[0025]获取所述目标模态频率和目标模态阻尼比对应的目标阻尼字典，并将所述目标阻尼字典中的各行合并，以得到稀疏矩阵；
[0026]基于所述稀疏矩阵，通过对所述压缩振动响应信号对应的稀疏模型进行求逆运算，以得到所述目标结构对应的模态振型。
[0027]本申请实施例第二方面提供了一种结构损伤的检测方法，其应用如上所述的基于先验信息的长期工作模态分析方法，所述方法包括：
[0028]获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，并通过所述模态参数获取所述压缩振动响应信号的工作模态参数，其中，所述工作模态参数包括模态振型、模态固有频率以及模态阻尼比；
[0029]基于所述工作模态参数与所述目标结构对应的参考模态参数，确定所述目标结构的故障检测结果。
[0030]本申请实施例第三方面提供了一种基于先验信息的长期工作模态分析方法获取系统，所述的系统包括：
[0031]获取模块，用于获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，并获取所述压缩振动响应信号对应的先验信息，其中，所述先验信息包括模态频率和模态阻尼比；
[0032]第一搜索模块，用于基于所述先验信息建立模态频率范围，并采用正交匹配追踪算法从模态频率范围内提取目标模态频率；
[0033]第二搜索模块，用于基于所述先验信息以及所述目标模态频率建立模态阻尼比范围，并采用正交匹配追踪算法从所述模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比；
[0034]确定模块，用于基于所述目标模态频率和目标模态阻尼比，确定所述目标结构对应的模态振型。
[0035]本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上任一所述的基于先验信息的长期工作模态分析方法中的步骤，和/或如上所述的结构损伤的检测方法中的步骤。
[0036]本申请实施例第五方面提供了一种终端设备，其包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
[0037]所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；
[0038]所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上任一所述的基于先验信息的长期工作模态分析方法中的步骤，和/或如上所述的结构损伤的检测方法中的步骤。
[0039]有益效果：与现有技术相比，本申请提供了一种基于先验信息的长期工作模态分析方法及检测方法，包括获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；基于先验信息建立模态频率范围，从模态频率范围内提取目标模态频率；基于先验信息及目标模态频率建立模态阻尼比范围，从模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比；基于目标模态频率和目标模态阻尼比确定模态振型。本申请基于获取到的压缩振动响应信号来确定先验信息，无需传感器中增设额外单元，从而降低无线传感器电源的电量消耗。同时，本申请通过利用正交匹配追踪算法直接从压缩信号中提取无重构工作模态参数，能够有效去除虚假模态，减少计算时间，提高模态参数的识别精度和鲁棒性。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不符创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]图1为本申请提供的基于先验信息的长期工作模态分析方法的流程图。
[0042]图2为四自由度质量
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弹簧
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阻尼结构示意图。
[0043]图3为基于四自由度质量
‑<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述的方法包括：获取目标结构随机采样下的压缩振动响应信号，并将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；基于所述先验信息建立模态频率范围，并采用正交匹配追踪算法从所述模态频率范围内提取目标模态频率；基于所述先验信息及所述目标模态频率建立模态阻尼比范围，并采用正交匹配追踪算法从所述模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比；基于所述目标模态频率和目标模态阻尼比，确定所述目标结构对应的模态振型。2.根据权利要求1所述基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息具体包括：检测所述压缩振动响应信号的获取时刻为是否为首次获取时刻；当获取时刻不为首次获取时刻时，将上一次采集的压缩振动响应信号计算的模态频率和模态阻尼比作为先验信息；当获取时刻为首次获取时刻时，将预设模态参数作为先验信息。3.根据权利要求2所述基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述预设模态参数的获取过程具体包括：通过传感器获取目标结构的未压缩振动响应信号；对所述未压缩振动响应信号进行模态分析，以得到默认模态频率和默认模态阻尼比，并将默认模态频率和默认模态阻尼比作为预设模态参数。4.根据权利要求1所述基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述采用正交匹配追踪算法从模态频率范围内提取目标模态频率具体包括：基于所述模态频率范围以自由振动函数为基建立频率字典；求解所述频率字典的最稀疏解，以得到目标模态频率。5.根据权利要求1所述基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述采用正交匹配追踪算法从所述模态阻尼比范围内提取目标模态阻尼比具体包括：根据所述模态阻尼比范围以自由振动函数为基建立阻尼字典；求解所述阻尼字典的最稀疏解，以得到目标模态阻尼比。6.根据权利要求1所述基于先验信息的长期工作模态分析方法，其特征在于，所述基于所述目标模态频率和目标模态阻尼比，确定所述目标结构对应的模态振型具体包括：获取所述目标模态频率和目标模态阻尼比对应的目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎，周健，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学深圳，
类型：发明
国别省市：