基于参数化时频分析的非线性系统辨识

发布时间：2017-10-08 08:16

  本文关键词：基于参数化时频分析的非线性系统辨识

  更多相关文章： 非线性系统辨识 参数估计 非线性振动 反对称非线性 非平稳信号 参数化时频分析 多项式调频小波变换

【摘要】：实际的工程机械设备和结构中广泛地存在着各种各样的非线性现象和非线性系统，需要积极利用或者主动克服。对于这些工程实际中普遍存在的非线性问题，建立描述非线性系统特性和行为的模型成为研究和解决问题的关键，这使得非线性系统辨识成为了当前系统辨识研究中的热点。利用传统的线性系统辨识方法解决非线性问题因会产生很大的误差而无法适用，尽管针对非线性系统的辨识的研究理论体系在近二十年来取得了较大发展，但关于非线性系统辨识方法的研究仍然是工程逆问题中的难点。 目前在结构动力学中非线性系统辨识的已有多种常用的方法，然而它们都有着各自的缺陷和不足，相比之下，时频域类的辨识方法是近些年来研究和提出的且具有一定发展前景的相对比较新颖的方法，主要是基于信号处理技术中的各种时频分析方法，通过对输入输出信号简单有效的分析来辨识系统的非线性特征和估计相关参数，该类方法具有其它方法所没有的分析和辨识优势。 传统的时频分析方法在处理多分量非平稳信号时存在一定的缺点和问题。近年来，针对于传统联合时频分析方法所面临的局限性，参数化的时频分析方法理论得到建立和不断完善，一系列相关的新的时频分析方法被提出。基于此，本文的研究内容是利用一种典型的参数化的时频分析方法——多项式调频小波变换（polynomial chirplettransform, PCT）来实现非线性系统的辨识。 PCT是在对传统线调频小波变换（CT）的新理解的基础上拓延发展出的一种适合非平稳信号类分析处理的新的时频分析方法，它以多项式非线性核函数为载体，通过引入参数化的频率变换算子，对原信号的瞬时频率进行逼近和表征。理论上通过选择适当的多项式核特征参数进行变换，便可以精确提取信号的瞬时频率曲线。 对于非线性振动系统而言，时变的瞬时幅值和瞬时频率是表征该系统响应的两个重要的特征参量。本文在对非线性振动系统的振动特性进行分析和讨论的基础上，利用PCT对非线性系统响应信号进行分析处理，并提取该时域信号中提取这两个瞬时特征参量，在此基础上估算出系统的瞬时模态参数即瞬时固有频率和瞬时阻尼系数，通过瞬时模态参数和系统响应瞬时特征量之间的关系辨识出表征原系统非线性的本质特征的骨架线和阻尼系数曲线，可由此对系统非线性的类型、强度等进行定性的判断，，本文还提出平均化的非线性特征力的概念，通过辨识出平均化的非线性特征力曲线可以获得对系统具体物理参数的估计，从而构建出原非线性振动系统的运动微分方程。 本文在最后对所提出的辨识方法进行了数值仿真与实验研究，充分验证了方法的有效性和可靠性，并具有良好的抗噪性能。
【关键词】：非线性系统辨识 参数估计 非线性振动 反对称非线性 非平稳信号 参数化时频分析 多项式调频小波变换
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 上海交通大学硕士学位论文答辩决议书5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-31
• 1.1 非线性系统辨识研究的意义13-14
• 1.2 非线性系统辨识国内外研究现状14-24
• 1.2.1 研究内容与研究方法14-18
• 1.2.2 结构动力学中的非线性系统辨识及其当前存在的问题18-24
• 1.3 基于信号处理方法类非线性系统辨识24-30
• 1.3.1 时频分析方法简介24-28
• 1.3.2 时频域类辨识方法概述28-30
• 1.4 论文研究的主要内容30-31
• 第二章 非线性动力学系统的振动特性31-49
• 2.1 引言31-32
• 2.2 典型的非线性振动系统实例32-34
• 2.3 非线性惯性力34-35
• 2.4 非线性弹性恢复力35-39
• 2.4.1 骨架线35-36
• 2.4.2 典型的非线性弹性力特征36-39
• 2.5 非线性阻尼力39-45
• 2.5.1 阻尼系数曲线39-40
• 2.5.2 典型的非线性阻尼力特征40-45
• 2.6 非线性振动系统的瞬时模态参数45-47
• 2.7 本章小结47-49
• 第三章 非线性系统模型与辨识算法49-63
• 3.1 引言49-50
• 3.2 单自由度反对称非线性振动系统50-54
• 3.2.1 系统模型50-52
• 3.2.2 系统的瞬时固有频率与瞬时阻尼系数52-54
• 3.3 非线性特征辨识54-58
• 3.3.1 骨架线与阻尼系数曲线辨识54-57
• 3.3.2 平均化的非线性特征力辨识57-58
• 3.4 参数估计58-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章 非线性系统瞬时特性的提取63-79
• 4.1 引言63-64
• 4.2 基于 HT 的瞬时特性提取64-66
• 4.3 基于 PTFA 的瞬时特性提取66-74
• 4.3.1 参数化时频分析理论66-70
• 4.3.2 基于 PCT 的 IF 估计70-72
• 4.3.3 基于 PCT 的瞬时幅值估计72-74
• 4.4 数值仿真研究74-77
• 4.5 本章小结77-79
• 第五章 基于 PCT 的非线性振动系统辨识的数值仿真与实验研究79-97
• 5.1 引言79
• 5.2 数值仿真研究79-90
• 5.2.1 自由振动79-85
• 5.2.2 受迫振动85-90
• 5.3 实验研究90-96
• 5.4 本章小结96-97
• 第六章 结束语97-99
• 6.1 全文工作总结97-98
• 6.2 未来工作展望98-99
• 参考文献99-115
• 致谢115-117
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文117

【参考文献】

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本文编号：992941