[发明专利]基于支持向量机的多点振动响应频域预测的装置及方法

说明书

本发明涉及一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验装置；一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验数据生成方法；一种利用该实验装置和实验数据，在不相关多源未知载荷联合激励下，根据系统已知测点的振动响应预测未知测点振动响应的方法。该振动响应预测方法根据历史实验数据直接利用支持向量机训练出响应数据之间的关系，而不需要已知或辨识系统的传递函数、载荷大小甚至载荷位置。本发明主要针对不相关多源未知载荷联合激励工况环境下，利用已知测点的振动响应对未知结点的振动响应进行预测。本发明可以解决线性系统和非线性系统的响应预测；本发明可以解决一个未知结点和多个未知结点的振动响应预测情况。

技术领域

本发明涉及一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验装置、一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验数据生成方法、以及利用该实验装置和实验数据在不相关多源未知载荷联合激励下基于支持向量机根据系统已知测点的振动响应预测未知测点的振动响应的方法。

背景技术

随着工业与控制技术的发展与进步，航空航天、船舶、大型机械、桥梁等领域的工程结构发展越来越复杂化、大型化、智能化。在机械设计、航海航天工程中振动是不得不考虑的设计因素，尤其是在设计与使用中振动响应过大造成的机械损伤、桥梁坍塌、航海航天事故更是屡见不鲜。但有些工况下结构的某些结点振动响应不能直接测量，这使得对结点振动的控制与减振设计成为机械设计的困难。若利用系统的动力学模型和所受载荷来求解不能直接测量结点的振动响应，将会遇到以下困难：首先建立大型设备的模型将会非常困难，很难求取其传递函数；其次，在很多情况下，结构的载荷工况也是不能直接测量的，如导弹在空中飞行、海洋平台等大型建筑物受风浪及交通激励作用等情况下，很难对作用于结构的外载荷进行直接测量或计算，甚至有时因载荷作用点不可到达，使这种动态载荷不可测；本方法直接采用传感器测得的振动响应数据，来预测不可测结点的振动响应数据。

目前，传统方法对结点的振动响应预测，先采用实验法或者有限元仿真法建立结构的动力学方程，求出结构的传递函数，然后利用结构的载荷工况来计算或预测结构的振动响应。该方法有两个重大的缺点:首先，对于复杂的工程结构，系统的建模、传递函数的求取并不容易；其次，载荷的载荷工况测量是非常困难的，甚至是不可能的。不同于传统方法，本发明专利方法基于载荷和响应以及响应与响应之间的内在关系，根据已知结点的振动响应预测未知节点的振动响应，可以避免载荷工况的测量、系统的建模和传递函数求解辨识等复杂的工作，而且基于支持向量机的响应预测可以很好的应用于非线性结构的响应预测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提出一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验装置、一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验数据生成方法、以及利用该实验装置和实验数据在不相关多源未知载荷联合激励下基于支持向量机根据系统已知测点的振动响应预测未知测点的振动响应的方法。本发明主要针对不相关多源未知载荷联合激励工况环境下，利用已知测点的振动响应对未知测点进行振动响应预测。本发明不但可以预测一个未知测点的振动响应情况，还可以同时预测多个未知测点的振动响应情况；本发明不但可以解决线性系统的响应预测，还可以解决非线性系统的响应预测。本发明应用于振动测量与振动响应预测领域，特别是对于某些多个不相关载荷联合激励的工作状况下某些测点振动响应无法直接测量(或振动传感器损坏)而载荷也无法直接测量的情况下使用该方法能够取得很好的振动响应预测效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种载荷未知条件下多点振动响应频域预测的实验装置，包括：包括：时不变的系统、多个能产生不相关平稳随机激励的激励源和布置在系统上记录系统振动的多个响应传感器，激励每次加载的位置和方向均固定不变，所述多个响应传感器分布在系统的各个地方，能反映系统的主要振动；