一种高精度的传递函数采样方法技术

本发明专利技术属于机械系统结构动力学振动计算与分析相关技术领域，其公开一种高精度的传递函数采样方法，所述传递函数采样方法包括以下步骤：(1)构建机械系统的动力学方程；(2)通过系统振动模态计算方法得到系统振动频率；(3)设置采样方式、采样带宽及采样点数以生成基础传递函数采样频率点序列；(4)提取处于传递函数分析带宽内的模态频率及设置每阶模态频率对应细化采样点数的总数目，以形成传递函数分析带宽内的模态频率对应的细化采样点序列；(5)将基础传递函数采样频率点序列与细化采样点序列合并以生成最终的传递函数采样频率点序列；(6)对最终的传递函数采样频率点序列进行传递函数数值计算以得到最终离散数据的传递函数图。

A high precision transfer function sampling method

The invention belongs to the structural dynamics of mechanical vibration calculation and analysis of related technical field, sampling method of transfer function of the public a high precision, the transfer function sampling method comprises the following steps: (1) the construction of the mechanical system dynamics equation; (2) get the vibration frequency of the system through the system vibration modal calculation method; (3) set the sampling mode, sampling bandwidth and sampling points to generate a transfer function based sampling frequency sequence; (4) extraction in the total number of transfer function of the modal frequency band and the corresponding fine sampling number of each modal frequency setting, to form a detailed analysis of the modal frequency bandwidth corresponding to the transfer function of the sampling point sequence; (5) the basic transfer function of sampling frequency and sampling point sequence with refinement sequence to generate the final transfer function sampling frequency sequence; (6) to the final The transfer function sampling frequency point sequence is used to transfer function numerically to obtain the transfer function diagram of the final discrete data.

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的传递函数采样方法
本专利技术属于机械系统结构动力学振动计算与分析相关
，更具体地，涉及一种高精度的传递函数采样方法。
技术介绍
传递函数分析是机械系统动力学分析中的重要环节，是机械系统固有特性的表征，机械系统受激振动的响应特性只与激励的性质及系统激励-响应点间的传递特性(传递函数)有关。通过获取不同传递途径下系统传递函数的幅频特性图和相频特性图，可以揭示系统在不同频域带宽内的响应特性，以对系统进行实时评估，因此，传递函数分析在机械系统的设计、评估、结构改进以及模型修正、修改等过程中有重要的作用。传递函数的获取方法有两种：第一种是通过实验进行传递函数的测量获取；第二种是先建立系统的等效动力学模型，再通过传递函数的理论计算与分析方法获得。在传递函数特性曲线中(以幅频图为例)，其核心的内容为传递函数中共振峰的频率以及共振峰对应的幅值，传递函数共振峰频率与系统模态频率间有着必然联系。目前，国内外通用的各种机械系统多体动力学软件(以ADAMS为例)在传递函数计算与分析过程中，所采取的采样方法主要有简单的线性频率分布及对数频率分布两种。用户设置传递函数显示带宽的开始频率、截止频率以及频率点数之后，通过选取线性等分(linearspacingofsteps)或者对数等分(logarithmicspacingofsteps)的频率采样方式以得到固定的一组频率序列，软件经计算及采样过程后，能够得到用户指定输入通道-输出通道间离散数据的传递函数曲线。但是，由于并未考虑到传递函数共振峰频率与系统模态频率的特殊关系，在相同采样方式下，不同的采样频率(采样点数)会对最终传递函数计算结果曲线有很大影响，当采样频率过低即采样点数较少时，无论是线性采样方式还是对数采样方式，均会产生共振频率移位、共振幅值过低的现象，甚至在某些极端情况下，部分传递函数共振峰会因为采样频率过低而直接被遗漏：如重叠峰值(或相近峰)出现漏采的情况，精度较低，不利于对系统的计算及评估。相应地，本领域存在着发展一种精度较高的传递函数采样方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种高精度的传递函数采样方法，其结合系统模态分析的数据(模态频率)，在低频率条件下，通过细化采样以增加可能共振点(即系统模态频率点)附近采样数据点的密集程度，在总采样点数少量增加的情况下高精度的获取了传递函数最重要的特征、共振频率点以及共振峰值，有利于机械系统结构动力学振动计算与分析。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高精度的传递函数采样方法，其包括以下步骤：(1)构建机械系统的动力学方程；(2)通过系统振动模态计算方法得到系统振动频率；(3)设置采样方式、采样带宽及采样点数以生成基础传递函数采样频率点序列；(4)提取处于传递函数分析带宽内的模态频率及设置每阶模态频率对应细化采样点数的总数目，以形成传递函数分析带宽内的模态频率对应的细化采样点序列；(5)将基础传递函数采样频率点序列与细化采样点序列合并以生成最终的传递函数采样频率点序列；(6)对最终的传递函数采样频率点序列进行传递函数数值计算以得到最终离散数据的传递函数图。进一步的，所述基础传递函数采样频率点序列与所述细化采样点序列合并后，通过按从小到大的顺序排列来生成所述的最终的传递函数采样频率点序列。进一步的，所述基础传递函数采样频率点序列为ω1、ω2、ω3、...、ωk、...、ωM。其中，ωstart为带宽起始频率点，ωend为带宽截止频率点，M为总采样点数。进一步的，所述细化采样点序列为：ωd11、ωd12、...、ωd1j、...、ωd1p、...、ωdi1、ωdi2、...、ωdij、...、ωdip、...(i＝1,2,...,m)其中，p为对应每阶模态频率点前后细化采样点的总数目，其作用是在每阶模态频率点前后按指定规则生成p个细化采样点，以避免因采样频率过低而产生较大的传递函数误差；系统N阶模态频率中的m阶模态频率处于传递函数分析带宽内。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术较佳实施方式提供的高精度的传递函数采样方法，其结合系统模态分析的数据(模态频率)，在低频率条件下，通过细化采样以增加可能共振点(即系统模态频率点)附近采样数据点的密集程度，在总采样点数少量增加的情况下高精度的获取了传递函数最重要的特征、共振频率点以及共振峰值，有利于机械系统结构动力学振动计算与分析。附图说明图1是本专利技术较佳实施方式提供的高精度的传递函数采样方法的流程图。图2是图1中的高精度的传递函数采样方法涉及的三自由度弹簧阻尼-质量系统的示意图。图3(a)为对数采样方式、采样点数为101时，分别采用本专利技术的传递函数采样方法与现有方法的获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图3(b)为对数采样方式、采样点数为101时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第三峰值区间)。图3(c)为线性采样方式、采样点数为101时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图3(d)为线性采样方式、采样点数为101时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第三峰值区间)。图4(a)为对数采样方式、采样点数为1001时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图4(b)为对数采样方式、采样点数为1001时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第二、三峰值区间)。图4(c)为线性采样方式、采样点数为1001时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图4(d)为线性采样方式、采样点数为1001时，分别采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法与现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第二、三峰值区间)。图5(a)为对数采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图5(b)为对数采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第二、三峰值区间)。图5(c)为线性采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图5(d)为线性采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用现有方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第二、三峰值区间)。图6(a)为对数采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用专利技术的高精度的传递函数采样方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的对比图。图6(b)为对数采样方式、采样点数分别为101、1001时，采用本专利技术的高精度的传递函数采样方法获得的输入Fi-输出ao传递函数幅频曲线的局部放大对比图(第二、三峰值区间)。图6(c)为线性采样方式、采样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度的传递函数采样方法，其包括以下步骤：(1)构建机械系统的动力学方程；(2)通过系统振动模态计算方法得到系统振动频率；(3)设置采样方式、采样带宽及采样点数以生成基础传递函数采样频率点序列；(4)提取处于传递函数分析带宽内的模态频率及设置每阶模态频率对应细化采样点数的总数目，以形成传递函数分析带宽内的模态频率对应的细化采样点序列；(5)将基础传递函数采样频率点序列与细化采样点序列合并以生成最终的传递函数采样频率点序列；(6)对最终的传递函数采样频率点序列进行传递函数数值计算以得到最终离散数据的传递函数图。

【技术特征摘要】
1.一种高精度的传递函数采样方法，其包括以下步骤：(1)构建机械系统的动力学方程；(2)通过系统振动模态计算方法得到系统振动频率；(3)设置采样方式、采样带宽及采样点数以生成基础传递函数采样频率点序列；(4)提取处于传递函数分析带宽内的模态频率及设置每阶模态频率对应细化采样点数的总数目，以形成传递函数分析带宽内的模态频率对应的细化采样点序列；(5)将基础传递函数采样频率点序列与细化采样点序列合并以生成最终的传递函数采样频率点序列；(6)对最终的传递函数采样频率点序列进行传递函数数值计算以得到最终离散数据的传递函数图。2.如权利要求1所述的高精度的传递函数采样方法，其特征在于：所述基础传递函数采样频率点序列与所述细化采样点序列合并后，通过按从小到大的顺序排列来生成所述的最终的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学东，姜伟，吴九林，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42