[发明专利]一种基于自回归模型与光纤感知的弹性频率在线辨识方法

说明书

本发明涉及一种基于自回归模型与光纤感知的弹性频率在线辨识方法，包括步骤如下：(1)将带有光栅的光纤传感器粘贴在火箭箭体表面，光纤传感器的光纤末端连接光纤解调仪；(2)控制光纤解调仪发出光信号，通过分析反射光的数据得到反射光的波长；(3)当箭体飞行过程中产生弹性振动时，使用光纤解调仪对箭体上光纤传感器发送的光栅波长变化数据进行采集；(4)根据波长数据和光栅固有特性，计算出应变数据，利用自回归模型对应变数据进行功率谱分析，辨识出箭体各阶弹性模态频率及对应的阻尼比。

技术领域

本发明涉及一种弹性频率在线辨识方法。

背景技术

火箭控制系统对于弹性振动影响的处理主要采用幅值稳定和相位稳定两种方法。考虑到箭体弹性一次振型频率较低，一般采用相位稳定方法，将弹性振动信号作为控制信号的一部分，通过控制装置中的校正网络整形得到合适相位，从而对弹性振动产生附加阻尼作用。而对于频率较高的二阶和二阶以上的弹性振动，则采用幅值稳定方法，重点通过选择合适的传感器安装位置并设计合适的滤波网络(包括高频滤波和陷波网络)，避免弹性振动信息进入反馈控制系统之中。无论上述那种方式，均需明确获知对火箭振动模态频率信息。然而火箭发射过程中，随着燃料的消耗，火箭振动模态频率会发生改变，如何实时获得大型运载火箭飞行过程中的准确的振动模态信息，是火箭控制系统设计中一个非常关键的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，为监测火箭模态频率信息，本发明提出了一种利用光栅反射光原理实时监测箭体应变，并基于自回归模型对应变进行数据处理与分析得出弹性频率的方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于自回归模型与光纤感知的弹性频率在线辨识方法，包括步骤如下：

(1)将带有光栅的光纤传感器粘贴在火箭箭体表面，光纤传感器的光纤末端连接光纤解调仪；

(2)控制光纤解调仪发出光信号，通过分析反射光的数据得到反射光的波长；

(3)当箭体飞行过程中产生弹性振动时，使用光纤解调仪对箭体上光纤传感器发送的光栅波长变化数据进行采集；

(4)根据波长数据和光栅固有特性，计算出应变数据，利用自回归模型对应变数据进行功率谱分析，辨识出箭体各阶弹性模态频率及对应的阻尼比。

(4.1)根据应变数据建立p阶自回归模型；

p阶z域自回归模型

其中，a₁～a_p为实常数，是自回归模型分母多项式中各阶系数；z表示离散系统，p为正整数；

(4.2)利用Burg法计算自回归模型参数；

Burg法是使前向预测误差和后向预测误差均方误差之和最小来求取反射系数k_m的方法：

计算m阶预测误差的递推公式如下：

其中，为第n个m阶前向预测误差，为第n个m-1阶前向预测误差；k_m为反射系数；为第n个m阶后向预测误差，为第n-1个m-1阶后向预测误差；为前向预测误差初值；为后向预测误差初值；x(n)为应变数据值离散采样序列；

对于平稳随机过程，求取反射系数的公式如下：

n、N均为正整数；

自回归模型参数按照如下Levinson关系式确定：

a_m(i)＝a_m-1(i)+k_ma_m-1(m-i)，i＝1，2，…，m-1；