一種基于comi-pso算法的不相關(guān)多源頻域載荷識(shí)別方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于COMI-PSO算法的不相關(guān)多源頻域載荷識(shí)別方法，首先根據(jù)多個(gè)載荷源不相關(guān)的性質(zhì)，對(duì)載荷識(shí)別的動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行了解耦；其次，利用基于一元線性回歸模型和最小二乘解的傳遞函數(shù)進(jìn)行識(shí)別；再次，尋找一個(gè)可行載荷解，使得所測(cè)得的響應(yīng)的最大相對(duì)誤差最?。蛔詈?，采用COMI-PSO算法來搜索求解該單目標(biāo)最優(yōu)化問題，識(shí)別多個(gè)不相關(guān)載荷源；本發(fā)明根據(jù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)，能同時(shí)識(shí)別多個(gè)不相關(guān)頻域載荷源，能徹底解決傳遞函數(shù)獲取困難，在共振頻率處矩陣求逆所出現(xiàn)的病態(tài)問題，通過本發(fā)明識(shí)別的多元載荷激勵(lì)的精度和對(duì)測(cè)量噪聲的敏感程度均優(yōu)于傳統(tǒng)方法，基本能滿足3db的工程精度要求。
【專利說明】—種基于COM1-PSO算法的不相關(guān)多源頻域載荷識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于COM1-PSO算法的不相關(guān)多源頻域載荷識(shí)別方法。
【背景技術(shù)】
[0002]載荷識(shí)別是通過測(cè)量結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)和系統(tǒng)特征來求結(jié)構(gòu)所受激勵(lì)的方法，屬于振動(dòng)問題中的第二類反問題。激勵(lì)源是引起系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因，但在實(shí)際工程中，如導(dǎo)彈在空中飛行、火車在軌道上行駛、海洋平臺(tái)和橋梁等大型建筑物受風(fēng)浪等隨機(jī)激勵(lì)作用等情況下，很難對(duì)作用于結(jié)構(gòu)的外載荷進(jìn)行直接測(cè)量或計(jì)算，甚至有時(shí)因載荷作用點(diǎn)不可到達(dá)，使這種動(dòng)態(tài)載荷不可測(cè)。載荷識(shí)別技術(shù)為那些無法直接測(cè)量載荷的結(jié)構(gòu)或者系統(tǒng)提供了一種識(shí)別動(dòng)態(tài)載荷的有效方法。而準(zhǔn)確地確定載荷、科學(xué)地制定相應(yīng)的載荷譜是可靠性試驗(yàn)、力學(xué)控制、鐵路交通和橋梁設(shè)計(jì)等重大工程設(shè)計(jì)時(shí)面臨的迫切問題。
[0003]載荷識(shí)別作為一個(gè)動(dòng)力學(xué)反問題，存在不適定性。從結(jié)構(gòu)響應(yīng)數(shù)據(jù)中反求載荷是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其存在性、唯一性和確定性都缺乏嚴(yán)格的理論證明。載荷識(shí)別主要分為頻域法和時(shí)域法兩類。其中頻域法提出較早，主要利用激勵(lì)和響應(yīng)之間的頻響函數(shù)求逆來實(shí)現(xiàn)，但是矩陣求逆法在應(yīng)用時(shí)通常需要求解廣義逆，且經(jīng)常會(huì)遇到系數(shù)矩陣的病態(tài)問題和奇異值分解問題。為克服頻響函數(shù)求逆時(shí)在固有頻率附近秩缺或病態(tài)的問題，Ojalvo和張令彌等采用了小量分解法，后張德文發(fā)展了改進(jìn)小量分解法，李東升等又進(jìn)一步提出了廣義小量分解法。張麗霞等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于頻域載荷識(shí)別，胡迪科、毛文濤等將支持向量機(jī)應(yīng)用于頻域載荷識(shí)別，胡杰等人利用優(yōu)化技術(shù)將載荷識(shí)別的反問題轉(zhuǎn)化為正問題來處理。段瑞玲、王慧儒等根據(jù)正問題的激勵(lì)和響應(yīng)數(shù)據(jù)建立逆系統(tǒng)的ARMA模型，從而將載荷識(shí)別問題變?yōu)閰?shù)辨識(shí)問題。
[0004]神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、優(yōu)化技術(shù)、參數(shù)辨識(shí)等方法參數(shù)較多，物理意義和概念不明確，且在應(yīng)用上比較復(fù)雜。當(dāng)系統(tǒng)和激勵(lì)復(fù)雜時(shí)，尋找最優(yōu)激勵(lì)的過程非常長，效率很低，且存在過擬合和過學(xué)習(xí)的情況，精度也無法保證。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種基于COM1-PSO算法的不相關(guān)多源頻域載荷識(shí)別方法，克服了傳統(tǒng)載荷識(shí)別方法中出現(xiàn)的陣求逆載傳遞函數(shù)獲取困難、直接求逆會(huì)出現(xiàn)矩陣奇異性和病態(tài)、尋優(yōu)過程復(fù)雜、時(shí)間效率低、識(shí)別精度無法保證等問題，有效提高載荷識(shí)別精度。
[0006]一種基于COM1-PSO算法的多源頻域載荷識(shí)別方法，適用于響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于激勵(lì)的個(gè)數(shù)、線性不變的系統(tǒng)、平穩(wěn)隨機(jī)的載荷激勵(lì)、各個(gè)載荷源近似不相關(guān)或獨(dú)立，包括如下步驟:
[0007]步驟1、設(shè)系統(tǒng)有m個(gè)載荷激勵(lì)輸入fi(i=l，…，m), η個(gè)測(cè)點(diǎn)輸出yj(j=l,…，η),對(duì)應(yīng)于每一個(gè)輸出y」，有m個(gè)脈沖響應(yīng)函數(shù)ha)，i=l，…，m，j=l，…n，測(cè)得多輸入多輸出系統(tǒng)在m個(gè)不相關(guān)載荷同時(shí)作用下η個(gè)響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的時(shí)域響應(yīng)yj(t) j=l, 2，…，η,計(jì)算響應(yīng)測(cè)點(diǎn)間的互功率譜密度矩陣Syy ( ω )，其中ω為頻率；
[0008]步驟2、對(duì)系統(tǒng)依次分立對(duì)各個(gè)載荷點(diǎn)施加單個(gè)激勵(lì)輸入& (i=l,…，m)，計(jì)算其自功率譜為\ (w)，=，測(cè)得系統(tǒng)在該單獨(dú)激勵(lì)輸入下各響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)輸出
y) > = 1，2，...^，并計(jì)算其自功率譜按照(15)式的一元線性回歸模型識(shí)別出的傳遞函數(shù)模的平方I?2


，
[0009],
【權(quán)利要求】
1.一種基于COM1-PSO算法的多源頻域載荷識(shí)別方法，適用于響應(yīng)測(cè)點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于等于激勵(lì)的個(gè)數(shù)、線性不變的系統(tǒng)、平穩(wěn)隨機(jī)的載荷激勵(lì)、各個(gè)載荷源近似不相關(guān)或獨(dú)立，其特征在于包括如下步驟: 步驟1、設(shè)系統(tǒng)有m個(gè)載荷激勵(lì)輸入
【文檔編號(hào)】G06N3/00GK103559340SQ201310511500
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】緱錦, 王成, 郭旺平, 于菲, 王飛, 任薈霖 申請(qǐng)人:華僑大學(xué)