【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于动力学测量，具体涉及一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法。
技术介绍
1、振动是影响机械装备、精密仪器、家用电器等机电产品运行精度、可靠性和舒适性的重要因素，振动分析和优化是这些机电开发中的重要内容。机电产品产生的振动是其结构在动态载荷作用下产生的响应，其中，动态载荷通常是作用力，振动响应通常用加速度、速度、位移等运动学物理量来表示，产业界中主流采用加速度，因为加速度的测量操作非常便易。一般上，振动响应的测量比较容易，动态载荷的测量比较困难，在很多情况下根本无法直接测量。动态载荷识别技术可以解决此问题，即通过测得的结构动力学特性和运行振动响应计算动态载荷。典型的结构动力学特性是时域的脉冲响应函数或频域的频率响应函数。
2、动态载荷识别是动力学研究的重要内容，其识别方法大致分为时域和频域两类。瞬态载荷通常用时域动态载荷识别方法，而稳态载荷可以采用更为简单高效的频域动态识别方法。频域动态载荷识别方法一方面需要测量机电产品(本申请称为“测量对象”)运行时的振动响应(本申请将运行时的振动响应称为“运行响应加速度”，把运行时的动态载荷作用位置称为“运行载荷作用点”)，另一方面需要获取结构的频率响应函数。频率响应函数的常用测量方法是，在测量对象不运行的状态下，使用力锤或激振器在运行载荷作用点施加激振力并采集激振力信号，同时在运行响应加速度测量位置采集激振响应信号，该激振响应频谱与激振力频谱之比就是频率响应函数。
3、在理想的情况下，可以很方便地使用力锤或激振器在运行载荷作用点施加激振力。然而，实
技术实现思路
1、针对频域动态载荷识别过程中出现力锤或激振器难以在运行载荷作用点施加激振力，导致频率响应函数测量非常困难，进而无法开展动态载荷识别的问题，本专利技术提供一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，包括如下步骤。
3、s1：在测量对象中选定多个运行时的加速度测量位置并分别安装加速度传感器。
4、s2：在测量对象运行状态下，通过步骤s1所述的所有加速度传感器采集运行响应加速度信号，每个运行响应加速度信号都对应一个测量位置和一个测量方向；进而得到运行响应加速度向量
5、
6、其中，t为时间，n为采集到的运行响应加速度信号的总个数，ai表示第i个运行响应加速度信号，i＝1,2,…,n。
7、s3：在测量对象的运行载荷作用点安装加速度传感器。
8、s4：在测量对象不运行的状态下，根据步骤s2中每个运行响应加速度信号的测量位置和测量方向，依次使用力锤或激振器施加激振力；其中，在第i个运行响应加速度信号ai的测量位置施加的激振力应同时满足：该激振力的作用点与ai的测量位置相同或靠近，该激振力的方向与ai的测量方向相同或相反；在激振时，同时采集激振力信号以及运行载荷作用点处的所有激振响应加速度信号，然后计算得到相应的频率响应函数；对n个运行响应加速度信号的测量位置分别完成激振后，把计算得到的频率响应函数组装成如下的频率响应函数矩阵
9、
10、其中，f表示频率，m为在运行载荷作用点处所采集到的激振响应加速度信号的总个数；矩阵第i行、第j列的元素hij是在第i个运行响应加速度信号的测量位置激振时第j个激振响应加速度信号的频率响应函数，i＝1,2,…,n，i＝1,2,…,m，n≥m。
11、s5：根据步骤s4中施加激振力的方向对式(1)进行调整，得到调整后的运行响应加速度信号向量
12、
13、其中，
14、
15、其中，i＝1,2,…,n；
16、从调整后的运行响应加速度信号向量{ar(t)}中截取时长为t的信号段，并进行加窗运算，得到加窗后的运行响应加速度向量
17、
18、其中，w(t)为窗函数；
19、对{aw(t)}进行离散傅里叶变换(dft)，得到运行响应加速度频谱向量
20、
21、其中，fs是采样频率，cw是窗函数的幅值修正系数。
22、s6：求解关于运行动态载荷的方程：
23、[h(f]{ff)}＝{a(f)}， (7)
24、得到运行动态载荷向量{f(f)}；{f(f)}有m个元素，即
25、
26、其中，fj(f)是运行动态载荷的频谱，其振动方向与第j个激振响应加速度信号的测量方向相同，j＝1,2,…,m。
27、进一步地，在步骤s5中，从{ar(t)}中截取的信号段有k个，对每个信号段进行加窗运算和离散傅里叶变换后都可以得到一个频谱向量，把k个频谱向量的平均值作为运行响应加速度频谱向量。其中，k为正整数。
28、进一步地，在步骤s4中，对同一个运行响应加速度信号对应的位置及方向进行多次激振，每次激振都得到对应的频率响应函数，将多次激振得到的频率响应函数的平均值作为该位置及方向激振的频率响应函数。
29、进一步地，采用最小二乘法求解方程式(7)，即
30、{f(f)}＝((h(f)th(f))-1(h(f))t{a(f)} (9)
31、其中，{f(f)}是运行动态载荷向量。
32、本专利技术的有益效果是：采用本专利技术的方法，测量过程无需在运行载荷作用点施加激振力。本专利技术主要是利用频率响应函数的互易性hij＝hji，即在第j点施加激振力时第i点的频率响应函数等于在第i点施加激振力时第j点的频率响应函数。如此，通过在运行响应加速度测量位置施加激振力，在运行载荷作用点采集振动响应，然后计算两点之间的频率响应函数，解决了频率响应函数测试困难的问题；对工程实践中的频率响应函数测量和动态载荷识别具有非常重要的意义。
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1.一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，在步骤S5中，从{ar(t)}中截取的信号段有k个，对每个信号段进行加窗运算和离散傅里叶变换后都可以得到一个频谱向量，把k个频谱向量的平均值作为运行响应加速度频谱向量；其中，k为正整数。
3.根据权利要求1所述的一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，在步骤S4中，对同一个运行响应加速度信号对应的位置及方向进行多次激振，每次激振都得到对应的频率响应函数，将多次激振得到的频率响应函数的平均值作为该位置及方向激振的频率响应函数。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，采用最小二乘法求解方程式(7)，即
【技术特征摘要】
1.一种基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于频率响应函数互易性的动态载荷识别方法，其特征在于，在步骤s5中，从{ar(t)}中截取的信号段有k个，对每个信号段进行加窗运算和离散傅里叶变换后都可以得到一个频谱向量，把k个频谱向量的平均值作为运行响应加速度频谱向量；其中，k为正整数。
3.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：龙旦风，丁伟，向东，李智婷，
申请(专利权)人：广东省科学院智能制造研究所，
类型：发明
国别省市：
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