一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法技术

本发明专利技术公开了一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，计算高斯函数与系统脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；计算系统的包络函数和瞬时相位；将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位方程；从模和相位方程中得到参数辨识方程，求系统的模态参数；本发明专利技术能够利用脉冲喷气激励，通过布置的位移或加速度传感器得到的结构振动信息，辨识大型空间结构的模态参数。辨识大型空间结构的模态参数。辨识大型空间结构的模态参数。

【技术实现步骤摘要】
一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法


[0001]本专利技术属于大型空间结构动力学的
，具体涉及一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法。

技术介绍

[0002]大型空间结构动力学参数的准确获取，是对其进行在轨精确控制的前提条件。对大型变结构空间站进行控制之前，必须首先了解结构的动力学参数，如固有频率、阻尼等，这样才能设计控制器进行有效控制。大型空间结构构型多样且十分复杂，难以建立精确的动力学模型，目前只能建立比较粗略的有限元模型，存在较大误差，因此依据在轨辨识获取准确模型对于控制系统的设计具有极大意义。由于大型空间结构尺度非常大，难以在地面开展全尺寸模拟试验，且边界条件也模拟不准确，使得地面试验的准确性很难保证，必须通过在轨辨识系统进行验证。同时，在轨运行的大型空间结构可能实施的展开和收拢、对接和分离等变构型动作，在地面设计中也难以模拟，因而无法准确得到状态参数。因此必须对大型空间结构进行实时跟踪和对其动态性能进行辨识。
[0003]大型空间结构的特点是尺寸大、质量轻、阻尼小、柔性大，在低频段具有很密集的模态，并且存在着严重的耦合作用，这些特点使得结构的模态参数提取难度很大。传统的模态参数辨识方法具有各自的优缺点，对于一般结构的模态参数辨识，都能满足要求。但是对于大型空间结构的模态参数辨识，由于存在低频密集耦合模态，传统的方法就不能完全满足要求，存在辨识精度不高，漏掉模态等缺点。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，能够利用脉冲喷气激励，通过布置的位移或加速度传感器得到的结构振动信息(位移、加速度等)，辨识大型空间结构的模态参数。
[0005]实现本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、计算高斯函数与大型空间结构脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；
[0008]步骤二、根据复时域信号计算大型空间结构的包络函数和瞬时相位；
[0009]步骤三、将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位方程；
[0010]步骤四：从模和相位方程中得到参数辨识方程，获得大型空间结构的模态参数。
[0011]进一步地，步骤一中，包含M阶模态的大型空间结构脉冲响应函数为
[0012][0013]其中：t是时间变量，m是模态阶数，A
(m)
和分别是第m阶模态的留数和相位，ζ
(m)
是第
m阶模态阻尼，是无阻尼角频率，是有阻尼角频率，二者之间有的关系。
[0014]进一步地，步骤一中，高斯函数为
[0015][0016]其中：t0是初始时间，k是模态阶数，为第k阶有阻尼模态角频率，是滤波函数的陡度参数。通过调节陡度参数，可以改变滤波带宽，同时可以进行滤波分辨率的调节，当变大时，滤波带宽变大，改变t0，可以调节滤波中心频率的位置，由此解决大型空间结构的密集模态提取和漏频问题。
[0017]进一步地，步骤一中，复时域信号由高斯函数与系统脉冲响应函数卷积得到
[0018][0019]式中τ为时间变量。
[0020]当m＝k时，可得到k阶模态的系统复时域信号
[0021][0022]A
(k)
和分别是第k阶模态的留数和相位，ζ
(k)
是第k阶模态阻尼，是第k阶无阻尼角频率。
[0023]进一步地，步骤四中，模态参数辨识方程为：
[0024][0025][0026]无阻尼角频率和阻尼方程为：
[0027][0028][0029]有益效果：
[0030](1)本专利技术提出了一种利用结构振动信息(位移、加速度等)来计算大型空间结构在轨模态参数的方法，对大型空间结构在轨动力学参数辨识是一种有益的补充。
[0031](2)本专利技术计算简单，概念明确，只利用振动信息，能够有效的辨识大型空间结构的在轨模态参数。
[0032](3)本专利技术方法能够有效的避免漏频现象，具有较高的辨识精度，可以有效地完成大型空间结构的模态参数辨识。
附图说明
[0033]图1为本专利技术的用于大型空间结构在轨模态参数辨识方法的流程图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0035]图1是本专利技术的用于大型空间结构在轨模态参数辨识方法的流程图。如图1所示，用于大型空间结构在轨模态参数辨识方法包括以下步骤：
[0036]步骤一：计算高斯函数与系统脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；
[0037]步骤二：计算系统的包络函数和瞬时相位；
[0038]步骤三：将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位；
[0039]步骤四：从模和相位方程中得到参数辨识方程，求取系统的模态参数。
[0040]在步骤一中，具体的，将系统离散为N自由度的线弹性系统，系统的任一点响应均可表示为各阶模态响应的线性组合，可表示为
[0041][0042]式中为第r阶模态的振型系数,q
r
(ω)为第r阶模态坐标，ω为角频率，x为位移，N为自由度数。
[0043]振型系数所组成的列向量φ
r
称为第r阶模态向量
[0044][0045]由各阶模态向量组成的矩阵Ψ称为模态矩阵
[0046]Ψ＝[φ1φ2…
φ
r
]N
×
N
(3)
[0047]设包含M阶模态的系统在l测点与p激励点之间的传递函数为
[0048][0049]其中：m是模态阶数，为m阶模态的留数，为留数的共轭。s为虚变量，s
(m)
为极点，s
*(m)
为极点的共轭。
[0050]在步骤一中，具体的，对式(4)进行拉普拉斯变换，得到包含M阶模态的系统在l测点与p激励点之间的系统脉冲响应函数为
[0051][0052]其中：t是时间变量，e是自然底数，ζ
(m)
是阻尼，是无阻尼角频率。
[0053]在步骤一中，具体的，将(5)式在复平面表示，得到包含M阶模态的系统脉冲响应函数的一般形式
[0054][0055]其中：A
(m)
和分别是第m阶模态的留数和相位，是有阻尼角频率，二者之间有的关系。
[0056]设第k阶模态角频率为引入高斯函数
[0057][0058]其中：t0是初始时间，k是模态阶数，为第k阶有阻尼角频率，是滤波函数的陡度参数。该函数具有良好的时、频分辨性能以及带通滤波性质。针对大型空间结构存在的低频密集耦合模态特点，通过调节陡度参数，可以改变滤波带宽，同时可以进行滤波分辨率的调节，当τ
σ
变大时，滤波带宽变大，改变t0，可以调节滤波中心频率的位置，由此解决大型空间结构的密集模态提取和漏频问题。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算高斯函数与大型空间结构脉冲响应函数的卷积，求出复时域信号；步骤二、根据复时域信号计算大型空间结构的包络函数和瞬时相位；步骤三、将包络函数和瞬时相位方程写为留数模和相位的形式，计算留数的模和相位方程；步骤四：从模和相位方程中得到参数辨识方程，获得大型空间结构的模态参数。2.如权利要求1所述的一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，其特征在于，步骤一中，包含M阶模态的大型空间结构脉冲响应函数为其中：t是时间变量，m是模态阶数，A
(m)
和分别是第m阶模态的留数和相位，ζ
(m)
是第m阶模态阻尼，是无阻尼角频率，是有阻尼角频率，二者之间有的关系。3.如权利要求2所述的一种大型空间结构在轨模态参数辨识方法，其特征在于，步骤一中，高斯函数为其中：t0是初始时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍奎，邹元杰，王晓宇，葛东明，朱卫红，张志娟，范晶岩，史纪鑫，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：