[发明专利]一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法

说明书

本发明一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法属于振动模态分析领域，涉及一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法。该方法针对特定结构和关注的振动阶次，先利用ANSYS模态分析近似得到各阶振动频率和振型，再建立自由振动实验，采用多个非接触式的高分辨率激光位移传感器测量结构位移信号，据此建立整个系统的模态状态空间方程和状态观测器。在利用状态观测器得到各阶自由振动模态坐标之后，采用FIR滤波器滤除其中的干扰信号。最后，采用指数衰减的正弦函数来拟合滤波后的模态坐标获取各阶振动精确的频率和阻尼比。识别方法实现简单，识别精确，方法通用性强，适用于各种结构的振动模态参数识别。

技术领域

本发明属于振动模态分析领域，涉及一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法。

背景技术

力学结构的振动问题是很多工程实际中必须考虑的问题，根据振动力学可知，结构的振动是由无穷阶振动模态组成的，其中，前几阶振动属于力学结构重要的力学性质。尤其在航空航天的振动控制领域，各阶振动的固有频率和阻尼比是重要的模态参数，对飞机的飞行速度和抗风能力有着重要影响。在对力学结构进行几何建模并且获得相应的材料力学参数之后，可以利用有限元分析软件对结构进行模态分析，但是由于建模的精度有限，分析结果往往与实际情况存在偏差，这就需要在有限元分析的基础上进行模态分析的实验，来获得更精确的模态参数。

传统的模态参数识别方法一般采用对振动信号进行频域拟合的方法来确定模态参数，如Mark H.Richardson和David L.Formenti在“Parameter estimation fromfrequency response measurements using rational fraction polynomials(twentyyears of progress)[A].Proceedings of 20th International Modal AnalysisConference[C].IMAC,Los Angeles:Society for Experimental Mechanics,2002.373-382”中提出的正交多项式识别法，是一种经典且常用的模态参数识别方法，这种方法为保证精度需选取比较高的识别模态的阶数,但当识别模态的阶数高于真实模态的阶数时会出现虚假模态，对于虚假模态的剔除一般要凭经验，且对于存在频率相近的振动模态的分析效果不好。事实上不同的振动模态可能有相等的固有频率，但是不会有相同的固有振型，所以在模态参数识别时将固有振型考虑进去有助于区分频率相近的振动模态。

发明内容

本发明的目的是针对有限元软件模态参数分析精度有限，传统的模态参数识别方法不利于区分频率相近的振动阶次的模态参数，发明一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法，该方法在有限元分析得到的固有频率和固有振型信息的基础之上，针对特定结构和关注的振动阶次，先利用 ANSYS模态分析近似得到各阶振动频率和振型，再建立自由振动实验。充分利用有限元分析得到的固有频率和固有振型信息，有利于区分识别频率相近的振动阶次的模态参数。识别方法实现简单，识别精确，方法通用性强，适用于各种结构的振动模态参数识别。

本发明采取的技术方案是一种基于状态观测器的振动模态参数识别方法，其特征是，该方法针对特定结构和关注的振动阶次，先利用ANSYS模态分析近似得到各阶振动频率和振型，再建立自由振动实验，采用多个非接触式的高分辨率激光位移传感器测量结构位移信号，据此建立整个系统的模态状态空间方程和状态观测器。在利用状态观测器得到各阶自由振动模态坐标之后，采用FIR滤波器滤除其中的干扰信号。最后采用指数衰减的正弦函数来拟合滤波后的模态坐标获取各阶振动精确的频率和阻尼比，利用锤击法在自由振动实验中获得更精确的模态参数；方法具体步骤如下：

步骤一：组建自由振动实验系统，