CN114577425B - 用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，涉及振动试验领域，包括S1、获取振动试验***的输入信号和振动试验点的输出信号；S2、功率谱密度估计获得输入谱矩阵；S3、判断每个频率的输入谱矩阵的奇异性，若输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S5，若输入普矩阵为奇异矩阵，则进入S4；S4、修正奇异矩阵，直到成为非奇异矩阵，并进入S5；S5、输出传递函数矩阵识别结果；通过对输入谱矩阵进行修正，可以确保传递函数矩阵识别过程不会因为输入谱矩阵的奇异性而中断，从而实现MIMO控制中传递函数识别的实时性。

Description

用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法
技术领域
本发明涉及振动试验领域，尤其涉及一种用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法。
背景技术
在装备振动环境试验技术领域，多激振器试验方法是一种新的环境效应考核手段，可应用于多轴振动环境模拟或多振动台并推振动试验加载。这种试验方法建立在多点激励控制方法的基础上，如MIMO控制方法，首先通过实测输入谱(激励驱动电压信号)矩阵和输出谱(响应加速度信号)矩阵，识别***传递函数，然后实现输入谱矩阵的均衡，以满足响应加速度逼近谱矩阵的目的。
MIMO控制算法中，传递函数矩阵的识别需要对输入谱矩阵进行求逆运算，而矩阵求逆要求满足非奇异条件。工程应用中，输入谱矩阵出现奇异的工况难以避免，例如测量误差会导致信号的独立性差继而导致输入谱矩阵奇异、并推试验的同步性要求使得激励间互为相干信号等。应用MIMO控制方法时，当遇到求逆无法实现的工况，常规的处理办法是借用低量级试验的传递函数矩阵识别结果，而不进行传递函数实时更新。无法实现传递函数的实时更新，对多输入多输出振动试验的控制带来了固有风险。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，包括：
S1、获取振动试验***的输入信号和振动试验点的输出信号；
S2、功率谱密度估计获得输入谱矩阵；
S3、判断每个频率的输入谱矩阵的奇异性，若输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S5，若输入普矩阵为奇异矩阵，则进入S4；
S4、修正奇异矩阵，直到成为非奇异矩阵，并进入S5；
S5、输出传递函数矩阵识别结果。
本发明的有益效果在于：通过对输入谱矩阵进行修正，可以确保传递函数矩阵识别过程不会因为输入谱矩阵的奇异性而中断，从而实现MIMO控制中传递函数识别的实时性。
附图说明
图1是本发明用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，包括：
S1、获取振动试验***的输入信号和规定的振动试验控制点的输出信号，输入信号为x1(ti),x2(ti),......,xN(ti)，i＝0,1,......,ND-1，输出信号为a1(ti),a2(ti),......,aN(ti)，采样时间间隔为Ts；
S2、功率谱密度估计获得输入谱矩阵输出谱矩阵/>以及输入输出互功率谱矩阵/>l,m＝1,2,......,M；k＝1,2,......NF， X()、A()是x()、a()的傅里叶变换，Ak(m) *、Xk(m) *是X()、A()的共轭；
S3、计算输入谱矩阵的行列式计算值作为输入谱矩阵的非奇异因子θk，并根据非奇异因子和预先设定的阈值判断每个频率的输入谱矩阵的奇异性，若输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S5，若输入普矩阵为奇异矩阵，则进入S4；
S4、修正奇异矩阵，直到成为非奇异矩阵，并进入S5，具体包括：
S41、通过列/行矩阵的摄动修正，形成虚拟输入谱矩阵
S411、生成2组各M个独立的摄动因子，摄动因子为M个取值在[-1,+1]之间的正态分布数，
S412、对奇异矩阵进行摄动修正，构建2个虚拟输入谱矩阵行矩阵摄动修正时，取l为某一固定值如第一行取l＝1，m＝1,2,......,M，虚拟输入谱矩阵为这一行的摄动修正；类似地，如果选择列矩阵摄动修正，则取m为某一固定值如第一列取m＝1，l＝1,2,......,M。
S42、计算虚拟输入谱矩阵的非奇异因子θk，并根据非奇异因子和预先设定的阈值判断虚拟输入谱矩阵的奇异性，若虚拟输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S43，若虚拟输入普矩阵为奇异矩阵，则返回S41；
S43、用2组虚拟输入谱矩阵激励试验件***，测量响应加速度；
S44、估计虚拟输出谱矩阵和/>
S45、摄动识别传递函数矩阵
S46、以摄动传递函数矩阵识别结果进行激励均衡修正并作用于试验件，实测并估计其响应加速度功率谱密度矩阵构建虚拟识别传递函数精度因子ξ，/>
S47、判断精度因子ξ0是否满足预先设定的精度指标ξ0，即ξ≤ξ0，若满足，则直接进入S5，若不满足，则减小摄动因子取值期间，并返回S41。
S5、输出传递函数矩阵识别结果，具体为：
若由S3直接进入S5，输出的传递函数矩阵识别结果为直接识别传递函数的识别结果 为输入输出互功率谱矩阵，/>输出谱矩阵/> 其中l,m＝1,2,......,M；k＝1,2,......NF；
若由S4进入S5，则输出的传递函数矩阵识别结果为摄动识别传递函数矩阵的识别结果，
该方法通过对输入谱矩阵进行摄动修正，可以确保传递函数矩阵识别过程不会因为输入谱矩阵的奇异性而中断，从而实现MIMO控制中传递函数识别的实时性。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，其特征在于，包括：
S1、获取振动试验***的输入信号和振动试验点的输出信号；
S2、功率谱密度估计获得输入谱矩阵；
S3、判断每个频率的输入谱矩阵的奇异性，若输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S5，若输入普矩阵为奇异矩阵，则进入S4；
S4、修正奇异矩阵，直到成为非奇异矩阵，并进入S5；具体包括：
S41、通过列/行矩阵的摄动修正，形成虚拟输入谱矩阵；具体为：
S411、生成2组各M个独立的摄动因子；
S412、对奇异矩阵进行摄动修正，构建2个虚拟输入谱矩阵；
S42、判断虚拟输入谱矩阵的奇异性，若虚拟输入普矩阵为非奇异矩阵，则进入S43，若虚拟输入普矩阵为奇异矩阵，则返回S41；
S43、测量获取与虚拟输入普矩阵对应的输出信号；
S44、估计虚拟输出谱矩阵；
S45、摄动识别传递函数矩阵；
S46、以摄动传递函数矩阵识别结果进行激励均衡修正并作用于试验件，实测并估计其输出谱矩阵，构建虚拟识别传递函数精度因子；
S47、判断精度因子是否满足预先设定的精度指标，若满足，则直接进入S5，若不满足，则减小摄动因子取值期间，并返回S41；
S5、输出传递函数矩阵识别结果。
2.根据权利要求1所述的用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，其特征在于，在S3中，计算输入谱矩阵的非奇异因子，非奇异因子为输入谱矩阵的行列式计算值，根据非奇异因子判断每个频率的输入谱矩阵的奇异性。
3.根据权利要求1所述的用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，其特征在于，在①中，摄动因子为M个取值在[-1,+1]之间的正态分布数，。
4.根据权利要求1所述的用于多输入多输出振动试验***的传递函数识别方法，其特征在于，在S5中，若由S3直接进入S5，输出的传递函数矩阵识别结果为直接识别传递函数的识别结果，若由S4进入S5，则输出的传递函数矩阵识别结果为摄动识别传递函数矩阵的识别结果。
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Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4999534A (en) * 1990-01-19 1991-03-12 Contraves Goerz Corporation Active vibration reduction in apparatus with cross-coupling between control axes
US5610843A (en) * 1995-03-01 1997-03-11 Sri International Methods and apparatuses for multi input/multi output control systems
US5917919A (en) * 1995-12-04 1999-06-29 Rosenthal; Felix Method and apparatus for multi-channel active control of noise or vibration or of multi-channel separation of a signal from a noisy environment
JP2001350741A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Rikogaku Shinkokai 振動解析の方法および装置ならびにコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2010202162A (ja) * 2009-03-06 2010-09-16 Nissan Motor Co Ltd 能動振動騒音制御装置
DE102009033614A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Klippel, Wolfgang, Dr. Anordnung und Verfahren zur Erkennung, Ortung und Klassifikation von Defekten
JP2012103240A (ja) * 2010-10-14 2012-05-31 Microsignal Kk ランダム振動試験制御装置
JP2013167557A (ja) * 2012-02-16 2013-08-29 Kayaba System Machinery Kk 振動試験機
WO2014006176A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Vrije Universiteit Brussel Method for determining modal parameters
CN105068571A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种多维正弦振动控制方法及控制装置
CN105159865A (zh) * 2015-07-01 2015-12-16 华侨大学 复杂声振模拟实验环境下进行不相关多源频域载荷识别的装置和方法
CN105867115A (zh) * 2016-04-26 2016-08-17 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种非平稳随机振动试验控制方法
CN106546400A (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 南京航空航天大学 一种多输入多输出非高斯随机振动试验***及试验方法
CN106644253A (zh) * 2016-09-12 2017-05-10 华南理工大学 用于恒力磨削的三维力传感器解耦标定及滤波方法与装置
CN107256204A (zh) * 2017-04-12 2017-10-17 华侨大学 基于传递函数的多点振动响应频域预测的实验装置及方法
CN107622160A (zh) * 2017-09-19 2018-01-23 上海航天精密机械研究所 基于逆问题求解的多点激励振动数值模拟方法
JP2021012605A (ja) * 2019-07-08 2021-02-04 トヨタ自動車株式会社 伝達関数の予測方法
CN112444367A (zh) * 2020-12-18 2021-03-05 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法
CN113704949A (zh) * 2020-05-21 2021-11-26 北京机械设备研究所 基于粒子群优化算法建立电动舵机非线性模型的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9077315B2 (en) * 2003-06-25 2015-07-07 John W. Bogdan Inverse signal transformation
US9589686B2 (en) * 2006-11-16 2017-03-07 General Electric Company Apparatus for detecting contaminants in a liquid and a system for use thereof

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4999534A (en) * 1990-01-19 1991-03-12 Contraves Goerz Corporation Active vibration reduction in apparatus with cross-coupling between control axes
US5610843A (en) * 1995-03-01 1997-03-11 Sri International Methods and apparatuses for multi input/multi output control systems
US5917919A (en) * 1995-12-04 1999-06-29 Rosenthal; Felix Method and apparatus for multi-channel active control of noise or vibration or of multi-channel separation of a signal from a noisy environment
JP2001350741A (ja) * 2000-06-05 2001-12-21 Rikogaku Shinkokai 振動解析の方法および装置ならびにコンピュータ読み取り可能な記録媒体
JP2010202162A (ja) * 2009-03-06 2010-09-16 Nissan Motor Co Ltd 能動振動騒音制御装置
DE102009033614A1 (de) * 2009-07-17 2011-01-20 Klippel, Wolfgang, Dr. Anordnung und Verfahren zur Erkennung, Ortung und Klassifikation von Defekten
JP2012103240A (ja) * 2010-10-14 2012-05-31 Microsignal Kk ランダム振動試験制御装置
JP2013167557A (ja) * 2012-02-16 2013-08-29 Kayaba System Machinery Kk 振動試験機
WO2014006176A1 (en) * 2012-07-05 2014-01-09 Vrije Universiteit Brussel Method for determining modal parameters
CN105159865A (zh) * 2015-07-01 2015-12-16 华侨大学 复杂声振模拟实验环境下进行不相关多源频域载荷识别的装置和方法
CN105068571A (zh) * 2015-08-26 2015-11-18 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种多维正弦振动控制方法及控制装置
CN105867115A (zh) * 2016-04-26 2016-08-17 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种非平稳随机振动试验控制方法
CN106644253A (zh) * 2016-09-12 2017-05-10 华南理工大学 用于恒力磨削的三维力传感器解耦标定及滤波方法与装置
CN106546400A (zh) * 2016-09-30 2017-03-29 南京航空航天大学 一种多输入多输出非高斯随机振动试验***及试验方法
CN107256204A (zh) * 2017-04-12 2017-10-17 华侨大学 基于传递函数的多点振动响应频域预测的实验装置及方法
CN107622160A (zh) * 2017-09-19 2018-01-23 上海航天精密机械研究所 基于逆问题求解的多点激励振动数值模拟方法
JP2021012605A (ja) * 2019-07-08 2021-02-04 トヨタ自動車株式会社 伝達関数の予測方法
CN113704949A (zh) * 2020-05-21 2021-11-26 北京机械设备研究所 基于粒子群优化算法建立电动舵机非线性模型的方法
CN112444367A (zh) * 2020-12-18 2021-03-05 中国工程物理研究院总体工程研究所 一种多振动台并推单轴振动试验控制方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Experimental study of vibration characteristics of FRP cables based on long-gauge strain;Xia Q 等;《STRUCTURAL ENGINEERING AND MECHANICS》;第63卷(第6期);735-742 *
基于驱动谱修正迭代控制算法的三轴振动控制研究;马希彬;陈章位;赵玉刚;王伟;栾强利;;振动与冲击(03);93-98 *
多点不相关随机振动载荷的动力学等效模拟;朱学旺 等;《电子产品可靠性与环境试验》(第4期);1-5 *
多输入――多输出实验模态参数识别(1)――统一的数学模型;张培强;杨前进;李川奇;;实验力学(02);30-42 *
多输入多输出振动试验控制***的理论、算法及实现;贺旭东;《中国博士学位论文全文数据库工程科技II辑》(第6期);C028-14 *
多输入多输出频域模态识别算法的探讨;杜永昌,管迪华;清华大学学报(自然科学版)(11);63-66 *

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Publication number Publication date
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