机械振动的无线同步测量误差分析与建模

发布时间：2020-04-03 20:57

【摘要】：传统有线结构健康监测系统由于设备安装复杂、维护成本高昂等因素,难以应用于大型结构的健康监测、损害检测与定位。因此,基于无线传感网的结构健康监测系统受到了广泛关注。以机械振动监测为背景,本文主要关注对象是无线振动同步采集系统。由于机械振动幅度小、频率高,所以传感节点对振动信号的高精度采集显得尤为重要。这也对无线振动采集系统时钟的准确性和稳定性提出了更高的要求。考虑到无线传感网固有的不确定性,无线时钟同步算法也难以完全消除不同节点之间的时钟同步误差。本文以信号处理为基础,从复频域模态分解出发,结合拉普拉斯变换的性质,分别分析时间抖动和空间抖动对模态复频率、模态留数及模态振型识别的影响。本文的主要贡献有:1)利用统一的特征分解方法,完成了对无阻尼系统、粘性比例阻尼系统和一般粘性阻尼系统模态分解的推导和整理。详细整理了不同阻尼类型系统的模态振型特点及证明过程。考虑到模态分析和测试的需要,补充频域模态分解的推导过程。2)从传递函数矩阵出发,利用拉普拉斯变换的尺度变换性质,分析时间抖动对模态复频率、阻尼比等模态参数识别的影响。从频域复模态分解的相关结论出发,计算基于空间抖动采样的传递函数矩阵和留数,以此研究空间抖动对留数、模态振型识别的影响。3)详细介绍了最小二乘复频域算法、单参考频域留数识别算法和稳定图算法的步骤。针对离散时间序列,对算法中的基函数作修正。同时,针对由空间抖动导致的数据与参数模型的不匹配的情况,我们对PLSCF算法相关参数做了相对应的调整。4)本文在MATLAB平台上完成了算法的实现。并通过将该算法的识别结果与给定的理论值进行对比,验证算法的有效性及以上理论分析结果的合理性。
【图文】：

示意图,模态振型,时间抖动,复频率

重庆邮电大学硕士学位论文第 4 章抖动对模态参数识别的影响2.在位置e处，结构作固有振动的相对初相位差为 rg()eiA 。综上，由于efir 与efir 幅度差异太大，，这样通过归一化留数得到的模态振型i ，iw ，iw 已不能准确反映，结构e处的实际振动状况了。为了形象的表达这种关系，根据文献[48]中的观点，在各复频率is 分布较为分散的情况下，频响函数虚部的 Im{ ( )}fH j 峰值可以作为模态振型的近似。使Im{ ( )}fH j 取得峰值的频率为模态阻尼固有频率mdi 。这种方法有助于直观地了解模态振型的物理意义。图 4. 1 是复频率is 对应的模态向量kiiei 、kiiei 区别示意图。

波形图,波形图,采样信号,振动信号

图 4. 2 ( )ff t 、 ( )ex t和 ( )ex t 波形图号 ( )ff t 、理想采样振动信号 ( )ex t 、空间抖动采样信号 ( )ex t的拉下：0( ) ( )bf fTstF s f t e dt 0( ) ( )bTste eXs x t e dt 00( )( )( )()())(bbb efefefb efefefTsteTste efT ts t tktT tststtees e dtx t t e dtx t eX xdte x t dtte ( )X s 、 ( )X s和t 之间关系的需要，整理(4.22)，
【学位授予单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH113.1

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