[发明专利]一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法

权利要求书

1.一种考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，测量并记录工程结构的加速度或速度或位移响应信号，计算响应信号的功率谱密度函数矩阵；

步骤2，对步骤1计算得到的功率谱密度函数矩阵进行奇异值分解，采用频域分解方法，绘制功率谱密度函数矩阵的奇异值曲线图，根据奇异值曲线图判断工程结构响应信号包含的模态阶数，并初步辨识出工程结构的模态参数，包括模态频率和模态振型；

步骤3，根据功率谱密度函数矩阵构造功率谱密度传递率矩阵，根据功率谱密度传递率矩阵剔除步骤2得到的模态参数中由于非白噪声载荷导致的虚假模态参数，保留工程结构的真实模态参数及谐波载荷导致的虚假模态参数；

步骤4，采用带通滤波方法及谐波检测方法剔除由于谐波载荷导致的虚假模态参数，保留工程结构的真实模态参数作为最终辨识结果。

2.根据权利要求1所述考虑非白环境载荷影响的结构模态参数辨识方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：

步骤2.1，对步骤1计算得到的功率谱密度函数矩阵S(ω)进行奇异值分解如下：

S(ω)＝U(ω)Σ(ω)V^H(ω)

其中，ω为频率，U(ω)和V(ω)分别表示功率谱密度函数矩阵的左奇异矩阵和右奇异矩阵，上标H表示共轭转置，Σ(ω)为对角的奇异值矩阵，Σ(ω)具体为：

其中，σ₁(ω)、σ₂(ω)、分别表示矩阵S(ω)的第一阶、第二阶、第N_o阶奇异值，且满足N_o为工程结构响应信号x(t)的维度；

将从σ₁(ω)到的所有阶奇异值随频率变化的曲线绘制在一张图上，得到功率谱密度函数矩阵的奇异值曲线图；

步骤2.2，根据步骤2.1的奇异值曲线图判断工程结构响应信号的整个频带中包含的模态阶数，并初步辨识出工程结构的模态参数；

步骤2.2.1，辨识第一阶奇异值σ₁(ω)对应的模态参数；

观察奇异值曲线图中第一阶奇异值σ₁(ω)对应的曲线，找出曲线的峰值位置，并记录峰值个数n₁，每个峰值对应的频率从小到大依次记为每个峰值对应的频率处左奇异矩阵U(ω)的第一列，按频率从小到大依次记为n₁即为σ₁(ω)辨识的模态阶数，即为σ₁(ω)辨识的模态频率，即为σ₁(ω)辨识的模态振型；

步骤2.2.2，辨识第二阶奇异值σ₂(ω)到第N_o阶奇异值对应的模态参数；

对于第i阶奇异值σ_i(ω)而言，i＝2,3,…,N_o，观察奇异值曲线图中σ_i(ω)对应的曲线，若σ_i(ω)在第i-1阶奇异值σ_i-1(ω)出现峰值的位置也出现峰值，则第i阶奇异值σ_i(ω)在该位置也存在一阶模态；记录第i阶奇异值σ_i(ω)的峰值个数n_i，每个峰值对应的频率从小到大依次记为每个峰值对应的频率处左奇异矩阵U(ω)的第i列，按频率从小到大依次记为表示前i-1阶奇异值辨识的总模态阶数；n_i即为σ_i(ω)辨识的模态阶数，即为σ_i(ω)辨识的模态频率，即为σ_i(ω)辨识的模态振型；

工程结构响应信号的整个频带中包含的模态阶数为辨识的模态频率为辨识的模态振型为