时域工况传递路径分析方法技术

本发明专利技术公开时域工况传递路径分析方法，包括以下步骤：1)确定若干指示点和目标点；2)布置响应信号监测装置，以监测该响应信号监测装置所在位置的时域响应信号；3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行；响应信号监测装置监测指示点和目标点的时域响应信号，并发送至上位机；4)建立时域工况传递路径分析方程；5)对时域工况传递路径分析方程进行求解，得到时域传递率函数；6)计算不同工况下各传递路径的时域响应量，分析各传递路径对总响应的影响大小，完成工况传递路径分析。本发明专利技术将传统的频域工况传递路径分析推广到时域，使得工况传递路径分析可以适应非稳态工况，同时提高了时域传递路径分析的效率。时提高了时域传递路径分析的效率。时提高了时域传递路径分析的效率。

【技术实现步骤摘要】
时域工况传递路径分析方法


[0001]本专利技术涉及机械设备减振降噪领域，具体是时域工况传递路径分析方法。

技术介绍

[0002]机械系统的振动、噪声问题不仅会影响产品的寿命，还会影响用户使用的舒适性，是工程师在进行产品设计与开发过程中需要特别关心的问题。传递路径分析以“源
‑
路径
‑
接受体”为基本模型对系统进行振动噪声分析，找到对目标点振动噪声影响较大的路径，通过改变这些路径的传递特性便可有效地抑制目标点的振动噪声，广泛应用于汽车、飞机、船舶等复杂机械系统的振动噪声问题的分析中。目前传递路径分析方法主要分为频域法和时域法。频域传递路径分析方法可以为振动噪声的抑制提供明确的方向，但是需要对采集的时域数据进行傅里叶变换，这使其无法处理非稳态工况。为了分析非稳态工况的振动噪声问题，将经典传递路径分析方法推广到时域，需要测试各条路径的脉冲响应函数和时域工况载荷力，然后根据它们之间的卷积关系计算出各条路径的时域响应量，即时域传递路径分析方法。由于脉冲响应函数难以直接测量，通常需要先测试系统的频响函数，然后再通过傅里叶逆变换将其转化为脉冲响应函数，这个过程也需要耗费很大的工作量，效率较低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供时域工况传递路径分析方法，包括以下步骤：
[0004]1)确定若干指示点和目标点；
[0005]指示点位于机械设备的激励源所在区域；一个区域内的指示点和激励源之间的距离小于h；目标点为机械设备待观测位置。
[0006]每个激励源所在区域内布置一个指示点。
[0007]2)在指示点和目标点布置响应信号监测装置，以监测该响应信号监测装置所在位置的时域响应信号；
[0008]响应信号监测装置包括加速度传感器、麦克风和/或应变片；所述加速度传感器用于监测加速度响应信号；麦克风用于监测音频振动响应信号；应变片用于监测应力响应信号。
[0009]3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行；在机械设备运行过程中，响应信号监测装置监测指示点和目标点的时域响应信号，并发送至上位机；
[0010]设置的运行工况数大于等于指示点数量。
[0011]针对N条传递路径，目标点的时域响应如下所示：
[0012][0013]式中，y(t)表示目标点时域响应；h
i
(t)表示第条路径的脉冲响应函数；i＝1,2,
…
,N；f
i
(t)表示第i条路径上的力，*表示卷积运算。
[0014]针对N条传递路径，指示点的时域响应如下所示：
[0015][0016]式中，x
j
(t)表示第j个指示点的时域响应；j＝1,2,
…
,N；h'
ji
(t)表示f
i
(t)到第j个指示点的脉冲响应函数。
[0017]4)根据不同工况下的指示点和目标点的时域响应信号建立时域工况传递路径分析方程；
[0018]根据不同工况下的指示点和目标点的时域响应信号建立时域工况传递路径分析方程的步骤包括：
[0019]4.1)对目标点的时域响应(1)进行化简，得到：
[0020]y＝h*f
ꢀꢀ
(3)
[0021]式中，向量h＝[h1(t) h2(t)
ꢀ…ꢀ
h
N
(t)]；向量f＝[f1(t) f2(t)
ꢀ…ꢀ
f
N
(t)]；
[0022]对指示点的时域响应(2)进行化简，得到：
[0023]x＝H'*f
ꢀꢀ
(4)
[0024]式中，矩阵
[0025]4.2)构造矩阵H'的反卷积滤波矩阵R，则有：
[0026]H'*R＝diag[δ1(t),δ2(t),
…
,δ
N
(t)]ꢀꢀ
(5)
[0027]式中，δ1(t),δ2(t),
…
,δ
N
(t)均为δ函数；
[0028]4.3)根据反卷积滤波矩阵R，对式(4)进行反卷积运算，得到激励力向量f的表达式，即：
[0029]f＝R*x
ꢀꢀ
(6)
[0030]4.4)将式(6)代入指示点的时域响应(2)，得到：
[0031]y＝h*(R*x)＝(h*R)*x
ꢀꢀ
(7)
[0032]4.5)令向量t＝h*R，并对公式(7)进行改写得到时域工况传递路径分析方程，即：
[0033]y＝t*x
ꢀꢀ
(8)
[0034]式中，t是由各条路径的时域传递率函数组成的1
×
N维向量；
[0035]其中，向量t中的第j个元素t
j
称为时域传递率函数，即：
[0036][0037]式中，r
ij
为反卷积滤波矩阵R中的元素。
[0038]5)对时域工况传递路径分析方程进行求解，得到时域传递率函数；
[0039]对时域工况传递路径分析方程进行求解，得到时域传递率函数的步骤包括：
[0040]5.1)对式(8)进行离散化，得到：
[0041][0042]式中，Δt表示采样时间间隔；n表示时域信号离散化后的序列长度，L表示FIR滤波器的长度；
[0043]5.2)将式(10)写成紧凑的矩阵
‑
向量表达式，即：
[0044]y1＝X1t1ꢀꢀ
(11)
[0045]式中，y1表示目标点时域响应经离散化后的向量；X1表示式(10)中参考点信号时域信号构造的卷积滤波矩阵与Δt的乘积；t1表示时域传递率函数经FIR滤波器建模后的向量；
[0046]5.3)针对N个指示点，建立时域工况传递路径分析方程经离散化后的矩阵
‑
向量表达式，即：
[0047][0048]式中，X
j
表示第j个指示点的响应矩阵；t
j
表示第j个指示点到目标点的时域传递函数的FIR滤波器建模向量；j＝1,2,
…
,N；
[0049]5.4)针对M组工况数据，建立时域工况传递路径分析矩阵，即：
[0050][0051]其中，时域工况传递路径分析矩阵(13)的简化方程如下所示：
[0052]y＝Xt
ꢀꢀ
(14)
[0053]5.5)利用Tikhonov正则化方法求解时域工况传递路径分析矩阵(14)，得到各条路径的时域传递率函数t。
[0054]6)根据时域传递率函数计算不同工况下各传递路径的时域响应量，分析各传递路
径对总响应的影响大小，完成工况传递路径分析。
[0055]根据时域传递率函数计算不同工况下各传递路径的时域响应量的方法包括：对时域传递率函数与对应路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.时域工况传递路径分析方法，其特征在于，包括以下步骤：1)确定若干所述指示点和目标点。2)在指示点和目标点布置响应信号监测装置，以监测该响应信号监测装置所在位置的时域响应信号。3)设置若干运行工况，并令机械设备在每一种工况下运行；在机械设备运行过程中，响应信号监测装置监测指示点和目标点的时域响应信号，并发送至上位机；4)根据不同工况下的指示点和目标点的时域响应信号建立时域工况传递路径分析方程；5)对时域工况传递路径分析方程进行求解，得到时域传递率函数；6)根据时域传递率函数计算不同工况下各传递路径的时域响应量，分析各传递路径对总响应的影响大小，完成工况传递路径分析。2.根据权利要求1所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，指示点位于机械设备的激励源所在区域；一个区域内的指示点和激励源之间的距离小于h；目标点为机械设备待观测位置。3.根据权利要求2所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，每个激励源所在区域内布置一个指示点。4.根据权利要求1所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，响应信号监测装置包括加速度传感器、麦克风和/或应变片；所述加速度传感器用于监测加速度响应信号；麦克风用于监测音频振动响应信号；应变片用于监测应力响应信号。5.根据权利要求1所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，设置的运行工况数大于等于指示点数量。6.根据权利要求1所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，针对N条传递路径，目标点的时域响应如下所示：式中，y(t)表示目标点时域响应；h
i
(t)表示第i条路径的脉冲响应函数；i＝1,2,
…
,N；f
i
(t)表示第i条路径上的力，*表示卷积运算。7.根据权利要求6所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，针对N条传递路径，指示点的时域响应如下所示：式中，x
j
(t)表示第j个指示点的时域响应；j＝1,2,
…
,N；h
j
'
i
(t)表示f
i
(t)到第j个指示
点的脉冲响应函数。8.根据权利要求7所述的时域工况传递路径分析方法，其特征在于，根据不同工况下的指示点和目标点的时域响应信号建立时域工况传递路径分析方程的步骤包括：1)对目标点的时域响应(1)进行化简，得到：y＝h*f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，向量h＝[h1(t) h2(t)
…
h
N
(t)]；向量f＝[f1(t) f2(t)
…
f
N
(t)]；对指示点的时域响应(2)进行化简，得到：x＝H'*f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中，矩阵2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志飞，吕来，唐中华，贺岩松，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：