[发明专利]一种基于VMD-ARMA-GARCH模型的非良态风速建模方法

权利要求书

1.一种基于VMD-ARMA-GARCH模型的非良态风速建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：建立非良态风速方程

式中，U(t)为原始风速，为确定性的时变平均风速，u(t)为均匀调制的随机脉动风速，t为时间；

所述脉动风速u(t)表示为与时间t相关的强度包络函数σ_u(t)与归一化平稳风速α(t)的乘积，即u(t)＝σ_u(t)α(t)；

所述脉动风速的功率谱函数S_u(ω,t)表示为强度包络函数平方与归一化平稳风速功率谱函数S_α(ω)的乘积，即

空间x₁处的脉动风速u(x₁,t)与x₂处的u(x₂,t)之间的互谱，表示为：

式中：S_u(x₁,x₂,ω,t)为脉动风速u(x₁,t)与u(x₂,t)之间的互谱，S_u(x₁,ω,t)为x₁处的脉动风速的功率谱函数，S_u(x₂,ω,t)为x₂处的脉动风速的功率谱函数，coh(x₁,x₂,ω,t)为脉动风速间的相干函数，ω为圆频率；

步骤二：采用提出的判别准则并结合VMD分解法获取所述时变平均风速和所述脉动风速u(t)；

采用ARMA-GARCH模型获取所述强度包络函数σ_u(t)；

采用ARMA模型或AR模型获取所述归一化平稳风速功率谱函数S_α(ω)；

所述步骤二中提出的判别准则为：当平均风速中最高频率f_max取值为结构基频f₁的1/5～1/10时，忽略结构的动力效应，即，f_max∈[0.1f₁,0.2f₁]，当模态分量的中心频率f_c大于0.2f₁时，则认为其为脉动风成分，如下式所示：

所述步骤二中，采用VMD分解法获取所述时变平均风速和所述脉动风速u(t)，包括以下步骤：

步骤A21：初始化VMD分解法的参数，包括保真度系数τ，第一个中心频率更新参数DC，中心频率初始化参数init，收敛准则阈值ε和惩罚因子α，其中，模态分量层数K＝1；

步骤A22:采用所述步骤A21中设定的参数对原始风速信号进行第一层分解，并获得第一层模态分量c₁的中心频率；

步骤A23:将所述模态分量层数K值加1，其余参数保持不变，重复所述步骤A22，对所述原始风速信号进行K层模态分解，并获得第K层模态分量c_k的中心频率；

步骤A24:判断所述第K层模态分量的中心频率c_k是否大于0.2f₁，所述f₁为结构的基频，

如果“是”，则第1层～第K-1层模态分量的叠加视为时变平均风速，并进入步骤A25；

如果“否”，则返回步骤A23；

步骤A25:将所述原始风速信号减去所述时变平均风速获得所述脉动风速u(t)。