【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结构健康监测，具体涉及基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法。
技术介绍
1、我国在交通、楼宇、航空航天等行业的基础设施建设井喷式发展，海量工程结构的安全保障和维护管理成为新的难题。通过测量结构在运行状态下的振动响应数据，从振动响应数据中辨识结构参数，从而开展工程结构健康监测、状态评估和智能控制，是尽早发现工程结构损伤、延缓结构性能退化的重要方法，对于实现工程结构预防性维护管理、减少财产损失具有重要意义。
2、从测量的结构振动响应数据中辨识结构参数的技术称为工作模态分析技术，主要辨识的结构参数包括模态频率、阻尼比和模态振型。该技术目前已成为结构健康监测领域的研究热点之一，涌现了一大批结构参数辨识算法。工作模态分析技术仅利用结构在运行状态下的振动响应数据，而假设作用在结构的载荷为白噪声序列，因此当结构的载荷不为白噪声序列时，容易导致虚假结果，给结构健康监测和状态评估带来误判，严重时会引起重大的经济损失。
3、目前，部分已有技术可解决非白噪声序列载荷下的结构参数辨识问题。其中，基于响应传递率和功率谱密度传递率的方法在工程中应用广泛。响应传递率在结构模态频率处只与结构模态振型有关，通过联合多个工况下的响应传递率函数可辨识结构参数。在已有技术中，基于响应传递率的方法可分为时域响应传递率方法和频域传递率方法，其中时域响应传递率方法的精度更高。基于响应功率谱密度的方法通过联合多个转换通道下的响应功率谱密度函数，辨识结构参数。
4、然而，实际工程应用表明，基于响应传递率的方法容易受到
5、专利技术公开号cn107561934 a公开了一种基于多参考时域传递率的仅输出结构模态参数辨识方法，该方法将采集的工程结构响应信号分成非参考输出信号与参考输出信号两组，分别作为多参考时域传递率模型的输入和输出，能处理非白输入条件下的结构模态辨识问题，结构不受载荷形式限制。该方法虽然相对于传统的频域方法具有优势，但仍然存在辨识结果受振动响应测量噪声影响大、无法计算结构参数方差的问题，而结构参数的不确定度是评估结构参数辨识效果和衡量结构参数受噪声干扰程度的重要特征，并且结构参数的不确定度在结构模型修正、健康监测及状态评估中具有重要的应用。在实际工程中，结构参数的不确定度可通过结构参数的方差进行表征，方差越小，表明结构参数辨识效果越好，辨识结果可靠性越高，结构参数受噪声干扰程度越低。
6、本专利技术所公开的技术是为了解决专利技术公开号cn107561934 a中存在的辨识结果受振动响应测量噪声影响大、无法计算结构参数方差的问题而提出的。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。
2、本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
3、本专利技术公开的基于参数化传递率的结构参数辨识及方差计算方法，首先测量两个工况下结构振动响应并计算相关函数，随后将相关函数划分为参考信号和非参考信号，在两个工况下构建参数化模型，并计算参数化模型的系数矩阵及其方差；随后，根据系数矩阵构建友矩阵，对友矩阵进行特征值分解并据此计算结构模态频率、阻尼比和模态振型；之后，通过系数矩阵的方差，计算友矩阵方差；接着，计算友矩阵特征值、特征向量相对于友矩阵的灵敏度矩阵，模态频率、阻尼比相对于友矩阵特征值的灵敏度矩阵，以及模态振型相对于友矩阵特征向量的灵敏度矩阵；最后，根据上述计算的灵敏度矩阵及友矩阵方差，计算结构模态频率、阻尼比和模态振型的方差。因此，本专利技术所公开方法辨识的结构参数包括模态频率、阻尼比和模态振型，并计算出模态频率、阻尼比和模态振型的方差。
4、具体包括以下步骤：
5、步骤1：采用位移传感器、速度传感器或加速度传感器，测量两个不同工况下工程结构的位移、速度或加速度振动响应信号；
6、步骤2：确定转换通道，计算结构振动响应信号的相关函数；
7、步骤3：确定相关函数中的参考信号和非参考信号，在两个工况下构建参数化模型，估计出参数化模型的系数矩阵；
8、步骤4：计算系数矩阵的方差矩阵；
9、步骤5：根据步骤3得到的系数矩阵，构造友矩阵，再计算结构模态频率、阻尼比和模态振型；
10、步骤6：计算友矩阵的方差矩阵；
11、步骤7：计算结构模态频率、阻尼比和模态振型的方差。
12、优选的，步骤1中，采用加速度振动响应信号，两个工况下测量的振动响应信号分别记为x(1)[t]和x(2)[t]，其中x(1)[t]和x(2)[t]均是维度为no×1的向量，上标(1)和(2)表示第一个工况和第二个工况，[t]表示第t个时刻，no表示传感器个数并且为大于等于2的整数。
13、优选的，步骤2的具体包括：
14、步骤2.1：根据步骤1得到的振动响应信号x(1)[t]，选取x(1)[t]中均方根最大的元素，记为其中z为整数且1≤z≤no，表示振动响应信号向量x(1)[t]的第z个元素，则转换通道为z；
15、步骤2.2：采用公知的相关函数估计方法，分别计算振动响应x(1)[t]与振动响应x(2)[t]与的相关函数，分别记为s(1)[t]和s(2)[t]，其中，s(1)[t]和s(2)[t]均为维度是no×1的向量。
16、优选的，步骤3的具体包括：
17、步骤3.1：在no个传感器中挑选出nr个传感器，其中nr为整数并且表示向下取整；将挑选出的nr个传感器作为参考传感器，对应的相关函数为参考信号，两个工况下的参考信号分别记为和其余的nu＝no-nr个传感器为非参考传感器，对应的相关函数为非参考信号，分别记为和
18、步骤3.2：根据步骤3.1得到的和构建参数化模型如式(1)所示：
19、
20、式(1)中，上标“(k)”表示第k个工况，和表示第k个工况下的系数矩阵，e(k)[t]表示第k个工况下的残差序列，n表示模型阶数，模型阶数n可利用公知的赤池信息准则(即aic准则)进行确定；
21、步骤3.3：式(1)中，所有的系数矩阵和由式(2)计算得到
22、
23、式(2)中，上标“t”和“-1”分别表示矩阵转置和求逆，n为时刻点个数，θ(k)和ψ[t]分别为
24、
25、通过式(2)计算得到θ(k)后，即可按照式(3)的第一式得到系数矩阵和和的矩阵维度分别为nu×nu和nu×nr。
26、优选的，步骤4的具体包括：
27、步骤4.1：根据式(2)计算得到的θ(k)，计算两个工况下的残差序列e(k)[t]，如式(4)所示
28、
29、步骤4.2：根据式(4)计算得到的e(k)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤1中，采用加速度振动响应信号，两个工况下测量的振动响应信号分别记为x(1)[t]和x(2)[t]，其中x(1)[t]和x(2)[t]均是维度为No×1的向量，上标(1)和(2)表示第一个工况和第二个工况，[t]表示第t个时刻，No表示传感器个数并且为大于等于2的整数。
3.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤2的具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤3的具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤4的具体包括：
6.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤5的具体包括：
7.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨
8.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤7的具体包括：
9.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤7计算得到的模态频率fl、阻尼比ξl和模态振型的方差可用于评估步骤5中辨识的模态频率fl、阻尼比ξl和模态振型的精度。
10.根据权利要求6所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：辨识的结构模态频率fl、阻尼比ξl和模态振型及其方差应用于工程结构的健康监测及状态评估。
...【技术特征摘要】
1.基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤1中，采用加速度振动响应信号，两个工况下测量的振动响应信号分别记为x(1)[t]和x(2)[t]，其中x(1)[t]和x(2)[t]均是维度为no×1的向量，上标(1)和(2)表示第一个工况和第二个工况，[t]表示第t个时刻，no表示传感器个数并且为大于等于2的整数。
3.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤2的具体包括：
4.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于：步骤3的具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于参数化时域传递率的结构参数辨识及方差计算方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：康杰，王寅，孙嘉宝，罗杰，刘晓腾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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