基于CEEMD和小波包阈值的组合降噪及泄流结构的模态识别方法

发布时间：2019-10-08 05:35

【摘要】：水流荷载激励下,泄流结构模态识别的实测振动信号常受噪声干扰。以往EEMD算法有添加白噪声造成非标准IMF导致的模态分裂问题及IMF有噪声残余不能完整重构信号的完备性问题。而完备总体经验模态分解(CEEMD)法,通过在信号分解的每一层面添加特定高斯白噪声,利用分解后第一阶分量加总平均得到唯一余量计算固有模态函数,克服了EEMD的缺点;同时提出CEEMD与小波包阈值结合的组合降噪方法,运用到向家坝水弹性模型实测振动信号降噪中,验证了该组合方法降噪的有效性;为了提高带噪振动响应模态识别的精度,基于数据相关技术,利用Markov参数构造相关矩阵R,用该相关矩阵重构Hankel矩阵后SVD分解得到系统最小实现,即数据相关特征系统实现法(ERA/DC)。将滤波降噪结合模态识别的整套方法,应用到锦屏一级拱坝的泄流实测振动响应中,得到了较好的应用效果。
【图文】：

原始信号,白噪声

?解的IMFs数量不同造成的模态分裂问题;步骤8:重复步骤5～步骤7，直到余量不能再分解为止，最终得到:Ｒ=x－∑Kk=1IMF'k(4)式中:Ｒ是最终余量;K是固有模态分量总数。目标信号x［n］可以表示为x=∑Kk=1IMF'k+Ｒ(5)式(5)为原始信号x［n］得到精确重构，即该方法是具有完备性的分解方法。下面结合一简单算例验证CEEMD方法的优越性。设采样频率为200Hz、采样时间5s的原始信号x，混入白噪声k后得到含噪信号z，表达式如下:z=x+k=3sin(πt)+5sin(2πt)+4．5sin(8πt)+5randn(1，1000)信号x，z如图1，染噪信号z分别用EMD、EEMD、CEEMD方法滤波降噪(EEMD与CEEMD添加相同标准差与数量的白噪声，一般取0．01倍～0．5倍原信号(a)原始信号x(b)混入白噪声后信号2图1原始信号x与混入白噪声后信号zFig．1Originalsignalxandsignalzmixedwhitenoise2振动与冲击2017年第36卷

原始信号,白噪声

?解的IMFs数量不同造成的模态分裂问题;步骤8:重复步骤5～步骤7，直到余量不能再分解为止，，最终得到:Ｒ=x－∑Kk=1IMF'k(4)式中:Ｒ是最终余量;K是固有模态分量总数。目标信号x［n］可以表示为x=∑Kk=1IMF'k+Ｒ(5)式(5)为原始信号x［n］得到精确重构，即该方法是具有完备性的分解方法。下面结合一简单算例验证CEEMD方法的优越性。设采样频率为200Hz、采样时间5s的原始信号x，混入白噪声k后得到含噪信号z，表达式如下:z=x+k=3sin(πt)+5sin(2πt)+4．5sin(8πt)+5randn(1，1000)信号x，z如图1，染噪信号z分别用EMD、EEMD、CEEMD方法滤波降噪(EEMD与CEEMD添加相同标准差与数量的白噪声，一般取0．01倍～0．5倍原信号(a)原始信号x(b)混入白噪声后信号2图1原始信号x与混入白噪声后信号zFig．1Originalsignalxandsignalzmixedwhitenoise2振动与冲击2017年第36卷
【作者单位】：天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973计划)子课题“极端条件下高碾压混凝土坝动力响应机制”(2013CB035905-1)
【分类号】：TV32

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