机械振动数据的模型分析.pdf.pdf

第25卷第4期 1989年l2月机械工程学报 CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING 机械振动数据的模型分析张景绘邱阳(西安交通大学) 摘要目前,振动数据处理,包括谱分析,相关分析,系统分析(试验模态分析、参数识别)等, 广泛采用以FFT为基础的各种算法。本文讨论以建立数据模型为基础的数据处理,该方法有很多优点,文中还讨论了几个重要问题,关于模型阶次,本文指出,由信息论推出的判阶准则适合于短序列,可在非平稳振动信号分析中应用。对于平稳的振动信号,属于长序列,可使甩更简单而有明确物理意义的准则。在不少情况中,对长序列模型阶次的判嘶并不是重要问题。笔者认为振动数据分析的研究重点是它的应甩,并给出了应甩实僦。关键词:振动建模时问序列日q 吞通过对振动数据的分析可研究结构动力学问题;响应分析、系统分析和载荷(环境)分析。它不仅可以给出振动分析所需要的数据,如频谱,模态参数等,而且还可改进振动分析的理论模型,因此,对振动的数据分析已得到普遍重视。振动数据分析的方法最主要的有两类:一类是以FFT为基础的分析,目前已在振动中得到广泛的应用。另一类是数据分析方法模型法,开始在振动中应用。振动数据模型分析就是首先建立数据的数学模型或确定己知模型形式的待定系数及模型阶次。对于线性时不变系统的振动数据的模型可以用线性微分方程或线性差分方程来表示。振动数据模型分析可用于谱分析、相关分析、试验模态分析等,尤其在故障诊断、振动预报和控制等方面有更多的优点。振动数据模型分析法主要是应用时间序列分析的数学方法,但从工程应用的角度尚有不少问题值得研究,如计算速度的提高,谱分析精度的提高,阶次的判定,模型分析的硬件及专用软件系统的研究等。二、微分方程形式的数据模型这种数据模型就是振动系统运动方程形式,即』If矿+G+KY=x (1) 当选取初始参数Mo、Go、K拉l后,由激振测试信号可计算响应量l,,角标G表示计算值, 比较和响应测试值l,,可得误差函数。按照一定准则建立目标函数,对目标函数取优, 得到村o,Go、K。的修正值A村、AG、AK,这个过程称为计算模型的修改[1、2]。模型参数求褥后,可由特征值问题的计算求模态参数和振动系统的特征函数。 l086年3且收瓢韧秘,l087年7且收蓟肇教藕维普资讯 机械工程学报第25卷被修改的参数可以是方程(1)中系数矩阵的元素,也可以是组成矩阵元素的物理参数,在有限元计算模型的修改中局部化误差参数得到较多人的研究。目标函数也可以由方程误羞或模态参数误差组成。一般情况下,对目标函数的优化计算归结为非线性最小二乘,在近似求解中,可用灵敏方法或摄动法。修正值的计算精度主要受到测试数据的影响,最佳激振频率和最佳激振点的研究十分重要。三、统计参数模型统计参数模型是从统计学观点对动态数据建立起来的模型,模型的系数并没有直接的物理意义,一般是差分方程的形式。虽然它不是直接由牛顿定律建立起来的,但可以和由牛顿定律建立的运动方程的差分形式作比较,找出一定条件下的关系,从而可通过动态数据的统计参数模型的分析来对振动系统进行分析。常用的统计参数模型可划分为两类:传递模型和输出模型,前者应用系统的输入和输出两方面的测试信号,后者只分析输出信号。 ,X