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基于小波变换的工作模态参数识别方法研究

作　者: 连俊义
导　师: 熊晓燕
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 工作模态参数识别小波变换小波脊线 Morlet小波时频分析
分类号: TH165.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

目前,基于振动的模态分析越来越受到科研机构和企业单位的重视,而模态参数识别又是其中最重要、最基础的一部分。由于实测的振动信号更能够真实的反应结构本身的固有特性和边界条件,因此工作模态参数识别就成为了模态参数识别新的研究和发展方向。基于以上原因,本文主要对工作模态参数识别的小波分析方法进行了探索性研究,在该方法的研究过程中,主要做了以下工作：(1)论文系统地总结了近年来基于工作模态参数辨识方法的大量文献,对其研究意义、国内外现状和一些模态识别方法进行了研究,并给了较为全面的论述,确定了论文研究的内容。(2)论文从工作模态参数识别的角度出发,对小波分析的基本理论进行整理、归纳和阐述。对小波时频局部化的特点进行了理论推导,分析了小波时、频分辨率的关系。在满足参数辨识条件的基础上根据小波选取原则分析比.较了几种小波的各种特性参数,确定了选择Morlet小波作为系统模态参数识别的母小波。(3)论文对小波变换的脊线提取方法进行了深入的研究,为建立模态参数识别的小波辨识方法奠定了基础。本文在平稳相位理论的基础上,建立了小波脊线提取的基本方法。通过对多种脊线提取方法的比较,选择了蚁群算法作为小波变换脊线提取的方法。仿真验证表明,蚁群算法不仅能够很好的提取小波变换的脊线,同时具有很高的抗噪性。(4)论文建立了基于小波变换的工作模态参数识别方法。通过一个三自由度系统的仿真算例,验证了小波变换法识别模态的参数的可行性,通过与理论计算值比较验证了小波变换法识别模态参数的精度。(5)论文通过随机白噪声激励下的悬臂梁来仿照它工作状态下的振动,分别通过小波变换、Polymax、ITD、ARMA模型时间序列等方法对悬臂梁进行了模态参数识别。同时对小波变换、Polymax、ITD、ARMA模型时间序列分析法识别的结果做了比较,证明了工作模态参数识别的小波变换方法要优于其他的几种辨识方法。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-18
  1.1 本文研究的目的和意义  11-12
  1.2 工作模态参数识别方法综述  12-17
    1.2.1 国内外研究现状  12-13
    1.2.2 工作模态参数识别方法综述  13-17
  1.3 本文主要内容与研究方法  17-18
第二章小波变换的基本理论  18-25
  2.1 引言  18
  2.2 连续小波变换  18-21
    2.2.1 连续小波变换的基本理论  18-20
    2.2.2 小波的时频局部化的特点  20-21
  2.3 模态参数识别的小波函数的选择  21-22
  2.4 连续小波变换的计算步骤  22
  2.5 本章小结  22-25
第三章小波脊线提取的研究  25-43
  3.1 引言  25-26
  3.2 连续小波变换的脊线  26-29
    3.2.1 信号的复数表示  26
    3.2.2 平稳相位法求积分  26-27
    3.2.3 渐进信号的复小波变换  27-28
    3.2.4 连续小波变换时频域上的脊线  28-29
  3.3 小波脊线的提取方法  29-42
    3.3.1 单条脊线的提取方法  29-36
      3.3.1.1 相位法对脊线提取  29-30
      3.3.1.2 模值法对脊线的提取  30-31
      3.3.1.3 仿真比较  31-36
    3.3.2 多条脊线的提取  36-42
      3.3.2.1 局部模极大值对脊线的提取  36-38
      3.3.2.2 蚁群算法对脊线的提取  38-39
      3.3.2.3 仿真比较  39-42
  3.4 本章总结  42-43
第四章基于小波变换的模态参数识别  43-53
  4.1 基于小波变换的模态参数辨识  43-45
    4.1.1 系统响应的小波变换  43-44
    4.1.2 系统的模态参数辨识  44-45
  4.2 自由振动响应信号的获取  45-46
  4.3 仿真验证  46-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章几种工作模态参数辨识方法的比较  53-71
  5.1 引言  53
  5.2 几种工作模态参数辨识方法  53-62
    5.2.1 polymax法  53-56
    5.2.2 ITD法  56-59
    5.2.3 ARMA模型时间序列分析法  59-62
  5.3 悬臂梁实验  62-65
    5.3.1 概述  62-63
    5.3.2 实验装置与步骤  63-65
  5.4 悬臂梁模态的识别和方法比较  65-70
    5.4.1 小波变换法识别  65-68
    5.4.2 Polymax法识别  68-69
    5.4.3 模态参数识别结果比较  69-70
  5.5 本章小结  70-71
第六章结论与展望  71-73
  6.1 本文的结论  71-72
  6.2 展望  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-79
攻读学位期间发表的学术论文目录  79

基于小波变换的工作模态参数识别方法研究

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