用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法及其辨识设备技术方案

公开了一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法及其辨识设备，用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法经由傅里叶变换、傅里叶逆变换、等分处理和相识性评估等处理得到预估非线性参数值即为非线性参数识别值。本发明专利技术可实现对待识别非线性所包含的所有非线性参数值的同时识别，从根本上解决了多非线性参数耦合系统的参数辨识过程中产生的传递误差导致参数识别精度低的问题。本发明专利技术不限制系统阶数、非线性种类、非线性位置以及非线性所包含的非线性参数数量，能够实现在大尺度非线性系统任意位置处的任意非线性所包含的所有非线性参数的同时识别。

Parameter identification method and identification device for multi nonlinear parameter coupling system

A device for identification and parameter identification method of multiple nonlinear parameters of the coupled system is disclosed for parameter identification method of nonlinear multi parameter coupling system by Fu Liye transform, Fu Liye transform, equal treatment and assessment met obtained estimated nonlinear parameter value is the nonlinear parameter identification value. At the same time to identify all the nonlinear parameters of the invention can realize to identification of nonlinear contains values, from the fundamental solution to the parameter identification process of nonlinear parameters of the coupled system generated in the transmission error due to the parameters identification of the problem of low accuracy. The invention does not limit the number of parameters of nonlinear system order, nonlinear, nonlinear and nonlinear position types included, at the same time can identify all the nonlinear parameters of arbitrary nonlinear in any position of nonlinear large scale system contains the.

【技术实现步骤摘要】
用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法及其辨识设备
本专利技术属于非线性系统参数辨识领域，特别是涉及一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法及其辨识设备。
技术介绍
在机械系统中，由于几何结构、惯性作用、阻尼、边界条件、约束条件以及润滑等因素的影响，整体结构常常表现为非线性，且在运行过程中受磨损、热效应以及局部变形等因素的影响，这些非线性因素会不断发生变化。当这些非线性因素超出设计的合理范围后，会导致构件间磨损加剧，同时会产生刺耳的噪音，严重影响系统的运动精度和稳定性，进而使得机械结构的动力性能下降。非线性参数辨识能够有助于了解不同参数作用下系统的作用规律，为控制和消除由该类非线性诱发的系统偏差提供基础。对于某一类非线性，其包含的非线性参数通常不止一种，这些非线性参数相互耦合，共同影响系统性能。以间隙非线性为例，其主要包含两种非线性参数，间隙值和间隙有效刚度。间隙值是导致间隙非线性不连续的源头，也是以后控制间隙效应的直接作用对象；而间隙有效刚度实际是系统动力学方程中间隙非线性项的系数，它表示间隙效应的强度。因此，研究多非线性参数耦合系统的参数辨识方法具有重要的学术意义和工程价值。专利文献CN102621891A公开了一种六自由度并联机构惯性参数的辨识方法，方法如下：步骤1：选择合适的正弦激励频率，选取准则：低于系统开环条件下最低刚体本征频率，一般取1-4Hz。激励幅值为平动1-5mm，转动0.003-0.005°，系统闭环控制条件下在中位附近六个自由度上分别进行正弦激励，保存每次试验采集得到的6个执行器位移及力信号；共进行六次采集；步骤2：将每次采集得到的执行器位移及力信号通过运动学正解程序变换为工作空间位姿信号Sp及力信号Sf，截取长度为n的稳定阶段信号；步骤3：根据控制系统信号采集频率及选定的正弦激励频率，生成长度为n的傅里叶级数样本序列L；L＝[1tsin(ωtt)cos(ωtt)sin(2ωtt)cos(2ωtt)…]；步骤4：根据最小二乘法原理运用步骤3中得到的傅里叶级数样本序列L求得位姿信号傅里叶级数幅值矩阵Cp及力信号傅里叶级数幅值矩阵Cf，其具体算法为：[CfCp]＝(LTL)-1LT[SfSp]；步骤5：取位姿信号傅里叶基频正弦与余弦幅值组合得到系数阵Ui，取力信号傅里叶基频正弦与余弦幅值得到矩阵Hi；其具体算法为：步骤6：将六次实验数据处理得到的U1…6及H1…6组合得到线性方程组系数阵U及结果阵H：U＝[U1U2U3U4U5U6]H＝[H1H2H3H4H5H6]；步骤7：利用公知算法求解线性方程组[MtBc]U＝H；步骤8：最后从矩阵[MtBc]中提取出惯性参数阵Mt。该专利通过提取其基频信号剔除了重力及科氏力的影响，将基频正余弦信号组合并引入阻尼阵解决了系统耦合、粘性阻尼及结构阻尼对惯性参数阵的影响，但该专利只能用于六自由度并联机构惯性参数的辨识，无法广泛用于多非线性参数耦合系统的参数辨识，无法实现对待识别非线性所包含的所有非线性参数值的同时识别，从而无法解决参数辨识过程中产生的传递误差导致参数识别精度低的问题。专利文献CN103955133A公开的一种空间耦合参数系统的参数辨识方法包括如下步骤：步骤1，根据空间耦合参数系统的输入输出关系，建立包含耦合单元的多输入多输出空间复杂系统模型；步骤2，将步骤1中建立的空间复杂系统划分为若干个具有耦合参数的子系统，每个子系统的线性部分和非线性部分的待辨识参数均相同；步骤3，将每个子系统划分为线性子子系统和非线性子子系统，同一子系统下的线性子子系统和非线性子子系统之间利用两阶段递阶辨识对系统参数辨识，得到对应子系统的辨识结果；步骤4，按步骤2中空间复杂系统子系统的划分顺序，将每个子系统的辨识结果传递到下一子系统，并替换上一子系统的上一时刻的辨识结果；步骤5，重复步骤3和步骤4直到达到辨识要求，满足终止条件后输出得到辨识结果。该专利通过将大系统分解、原耦合辨识和递阶辨识结合等步骤，将原来难以辨识的包含非线性项的多变量大系统划分为若干小的子系统进行分别辨识，但该专利无法实现对待识别非线性所包含的所有非线性参数值的同时识别，从而无法解决参数辨识过程中产生的传递误差导致参数识别精度低的问题。目前，针对多非线性参数耦合系统，现有技术如分步法进行非线性参数辨识，即通过不同的识别方法对非线性参数进行逐一辨识，这类方法为多非线性参数系统的参数识别提供了有效参考。但是，这类方法需要根据非线性参数的耦合程度选择参数识别的顺序，同时在后续的参数识别过程中需要利用已识别的非线性参数值。因此，在识别过程中，已识别参数的误差会降低后续参数的识别精度，即产生传递误差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法及其辨识设备。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现：本专利技术的一方面，一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法包括如下步骤：第一步骤中，在未激起非线性的低激励水平下，对非线性系统振动测试以获取其基础线性系统的线性频响函数。第二步骤中，在激起非线性的正常激励水平下，对所述非线性系统采集激励位置的位移响应和所有非线性位置处的位移响应。第三步骤中，傅里叶变换将位移响应转换为频域位移响应，并基于频域非线性传递方程利用所述基础线性系统的频响函数重构得到所有非线性位置处的频域非线性力。第四步骤中，傅里叶逆变换将所述频域非线性力转换为时域响应以得到时域非线性力，并根据需要从中得到待识别时域非线性力。第五步骤中，根据位移响应，预估待识别时域非线性力所包含的非线性参数的范围。第六步骤中，对所述范围等分处理以得到预估非线性参数值。第七步骤中，根据待识别时域非线性力，利用位移响应以及所述预估非线性参数值计算得到相应的非线性力值。第八步骤中，将待识别时域非线性力与所述非线性力值比较，并计算相应的相似性评估指标值。第九步骤中，寻找所述相似性评估指标值的极大值点，所述极大值点所对应的等分后的预估非线性参数值即为非线性参数识别值。优选地，在第三步骤中，所述频域非线性传递方程表示为：其中，Uf(ω)表示在激励位置处的频域位移响应，Unl(ω)＝[U(lnl_1，ω)U(lnl_2，ω)…U(lnl_k，ω)]T表示在所有非线性位置处的频域位移响应向量，Fnl(ω)＝＝[Fnl_1(ω)Fnl_2(ω)…Fnl_k(ω)]T表示频域非线性力，F(ω)表示频域激励力，优选地，第三步骤中的频域非线性力为：Fnl(ω)＝Tu，k(ω)Uk(ω)，(F4)其中，Uk(ω)＝[Uf(ω)Unl(ω)]T表示测量的位移响应向量，Tu，k(ω)＝[Tnl，f(ω)Tnl，nl(ω)]表示总体传递矩阵，其具体表达式为：其中，上标+表示伪逆。优选地，第四步骤中，时域非线性力并根据所需从中提取待识别非线性的非线性力。优选地，第五步骤中，所述范围其中m表示包含的非线性参数数量。优选地，第六步骤中，预估非线性参数值为其中下标r表示等分数量。优选地，第八步骤中，相似性评估指标值由公式(F8)表示，其中，N表示采样点数，为待识别非线性力，为所述非线性力值。根据本专利技术的另一方面，一种实施所述的用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法的辨识设备包括用于发出低激励水平和正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法，其包括如下步骤：第一步骤(S1)中，在未激起非线性的低激励水平下，对非线性系统振动测试以获取其基础线性系统的线性频响函数

【技术特征摘要】
1.一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法，其包括如下步骤：第一步骤(S1)中，在未激起非线性的低激励水平下，对非线性系统振动测试以获取其基础线性系统的线性频响函数其中，下标L表示基础线性系统，上标f和n1分别表示激励位置和非线性位置；第二步骤(S2)中，在激起非线性的正常激励水平下，对所述非线性系统采集激励位置的位移响应(u(lf，t))和所有非线性位置处的位移响应(u(lnl_i，t)(i＝1，2，...，k))，其中，lnl_i表示第i个非线性的位置，k表示非线性数量；第三步骤(S3)中，傅里叶变换将位移响应(u(lf，t)、u(ln_i，t)(i＝1，2，...，k))转换为频域位移响应(Uf(ω)、Unl(ω))，并基于频域非线性传递方程利用所述基础线性系统的频响函数重构得到所有非线性位置处的频域非线性力(Fnl(ω))；第四步骤(S4)中，傅里叶逆变换将所述频域非线性力(Fnl(ω))转换为时域响应以得到时域非线性力(fnl(t))，并根据需要从中得到待识别时域非线性力第五步骤(S5)中，根据位移响应，预估待识别时域非线性力所包含的非线性参数的范围(bj)，其中，j＝1，2，...m，m表示包含的非线性参数数量；第六步骤(S6)中，对所述范围(bj)等分处理以得到预估非线性参数(BBj)；第七步骤(S7)中，根据待识别时域非线性力利用位移响应拟所述预估非线性参数值(Bj)计算得到相应的非线性方值第八步骤(S8)中，将待识别时域非线性力与所述非线性力值比较，并计算相应的相似性评估指标值(SD)；第九步骤(S9)中，寻找所述相似性评估指标值(SD)的极大值点(SDmax)，所述极大值点(SDmax)所对应的等分后的预估非线性参数值即为非线性参数识别值。2.根据权利要求1所述的一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法，其特征在于，优选的，在第三步骤(S3)中，所述频域非线性传递方程表示为：其中，Uf(ω)表示在激励位置处的频域位移响应，Unl(ω)＝[U(lnl_1，ω)U(lnl_2，ω)…U(lnl_k，ω)]T表示在所有非线性位置处的频域位移响应向量，Fnl(ω)＝＝|[Fnl_1(ω)Fnl_2(ω)…Fn_lk(ω)]T表示领域非线件力，F(ω)表示领域激励力，3.根据权利要求1所述的一种用于多非线性参数耦合系统的参数辨识方法，其特征在于：第三步骤(S3)中的频域非线性力(Fnl(ω))为：Fnl(ω)＝Tu，k(ω)Uk(ω)，(F4)其中，Uk(ω)＝[Uf(ω)Unl(ω)]T表示测量的位移响应向量，Tu，k(ω)＝[Tnl，f(ω)Tnl，nl(ω)]表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兵，刘杰，张翔，祝尚坤，苗慧慧，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61