基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用

发布时间：2017-08-12 18:00

  本文关键词：基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用

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【摘要】：动载荷的确定在系统的故障诊断、参数识别和振动控制等方面起着关键的作用。另外,在船舶领域,螺旋桨所受的流体激励力,是船舶设计、生产试验中最重要的参数之一,如何有效的获知该激励力已成为一项关键问题。因此,基于以上背景,对动态载荷识别技术的研究就显得很有意义。本文提出了对冲击载荷、周期载荷和随机载荷三类载荷的识别办法。针对识别过程中的不适定性,提出采用正则化技术进行处理。为了将载荷识别技术用之于工程,文中对实际船舶螺旋桨纵向推力进行了识别,且对识别结果进行了讨论。本文的主要研究工作如下:1、提出了对状态空间载荷的识别技术,将周期载荷和随机载荷的识别模型统一为一个识别模型。针对载荷识别问题的不适定性,提出采用了正则化技术来处理该问题,且在识别中对各种正则化参数确定准则进行了数值对比研究。接着,对空气中的桨-轴-艇耦合系统的纵向激励力的识别进行了试验研究。2、文中将识别技术引入到了对船舶螺旋桨纵向推力的识别研究中,对实际试验船舶螺旋桨的纵向推力进行了识别,并对结果进行了分析,并在数值仿真实验中对推力识别过程中的若干问题进行了讨论。3、在实际情况下,由于载荷识别中形成结构求逆矩阵所需的数据往往无法测量得到,因此常借助有限元模型来获取。针对构建的有限元模型相对于实测结构不够精确的问题,文中提出采用优化方法对有限元模型进行修正的技术,并对螺旋桨-轴系系统进行了数值仿真修正研究,为提高螺旋桨纵向推力的识别精度奠定了基础。最后在不锈钢梁上对该修正方法进行了试验验证,检验了其可靠性。4、根据冲击载荷和响应之间的卷积积分关系,文中提出将卷积积分关系离散化,建立了一种时域冲击载荷识别模型。为了解决冲击载荷识别过程中的不适定性,文中提出采用一种新的正则化算子来处理。通过数值仿真和试验的方法研究了识别方法的有效性,并将识别结果与基于传统的正则化法的识别结果进行了对比研究。5、在频域内提出了一种对非线性系统的动态载荷识别技术。由于识别过程中,非线性系统参数是未知的,文中先采用子空间识别技术对系统进行了辨识,接着利用辨识出的系统参数构建识别模型,最后利用识别模型和响应数据对载荷进行识别。为了验证方法的有效性,文中分析研究了作用于单自由度和多自由度非线性系统上的载荷识别效果。最后,文中对载荷识别技术的研究工作进行了总结,并进一步指出了将来研究工作的重点。
【关键词】：载荷识别 冲击载荷 确定性载荷 随机载荷 不适定性 正则化技术 系统识别
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U664.33;U661.44
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-33
• 1.1 论文选题的背景和意义12-13
• 1.2 载荷识别技术研究现状13-19
• 1.2.1 载荷历程识别现状13-16
• 1.2.2 载荷位置识别现状16-18
• 1.2.3 载荷数目识别现状18-19
• 1.3 载荷识别问题中的正则化技术19-22
• 1.3.1 逆问题的不适定性19-20
• 1.3.2 正则化理论20-21
• 1.3.3 正则化技术在载荷识别中的应用21-22
• 1.4 载荷识别问题中存在的问题22-23
• 1.5 本文的主要研究工作23-25
• 1.6 本章小结25
• 参考文献25-33
• 第二章 基于正则化技术对状态空间载荷的识别研究33-61
• 2.1 引言33
• 2.2 载荷识别模型的建立33-35
• 2.3 正则化技术35-37
• 2.3.1 Tikhonov正则化技术35-36
• 2.3.2 局部最小准则36-37
• 2.4 数值仿真及讨论37-46
• 2.4.1 算例 137-41
• 2.4.2 算例 241-46
• 2.5 实验研究46-58
• 2.5.1 子空间识别法47-50
• 2.5.2 研究对象50-51
• 2.5.4 加载装置51-52
• 2.5.5 测试系统52-53
• 2.5.6 艇体模态53-54
• 2.5.7 纵向激励力识别54-58
• 2.6 本章小结58-59
• 参考文献59-61
• 第三章 船舶螺旋桨纵向推力的识别研究及其应用61-81
• 3.1 引言61
• 3.2 纵向推力理论计算61-63
• 3.3 识别技术在螺旋桨纵向推力中的应用63-68
• 3.3.1 工况一64-66
• 3.3.2 工况二66-68
• 3.4 螺旋桨纵向推力识别数值仿真研究68-80
• 3.4.1 有限元模型的建立68-70
• 3.4.2 桨-轴系统模态分析70
• 3.4.3 螺旋桨纵向推力识别中若干问题的研究70-80
• 3.5 本章小结80
• 参考文献80-81
• 第四章 基于优化技术对有限元模型的修正81-99
• 4.1 引言81
• 4.2 优化算法81-85
• 4.2.1 优化问题的提出81-83
• 4.2.2 随机算法83
• 4.2.3 一阶优化算法83-85
• 4.3 数值仿真研究85-92
• 4.3.1 测试结果分析86-89
• 4.3.2 灵敏度分析89-91
• 4.3.3 优化结果分析91-92
• 4.4 试验验证92-98
• 4.5 本章小结98
• 参考文献98-99
• 第五章 基于改进正则化技术对冲击载荷的识别99-116
• 5.1 引言99-100
• 5.2 冲击载荷识别模型的建立100
• 5.3 改进正则化技术100-101
• 5.4 数值研究及讨论101-110
• 5.4.1 算例 1101-105
• 5.4.2 算例 2105-110
• 5.5 试验验证110-114
• 5.6 本章小结114
• 参考文献114-116
• 第六章 频域内的非线性系统载荷识别法116-132
• 6.1 引言116
• 6.2 载荷识别数学模型116-118
• 6.3 非线性系统参数识别118-119
• 6.4 数值仿真119-130
• 6.4.1 算例 1120-126
• 6.4.2 算例 2126-130
• 6.5 本章小结130-131
• 参考文献131-132
• 第七章 总结与展望132-135
• 7.1 全文总结132-133
• 7.2 本文创新点133
• 7.3 研究展望133-135
• 致谢135-136
• 攻读博士期间完成的学术论文136
• 博士期间参与的项目136

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本文编号：662871