[发明专利]基于奇异值分解的变电站设备健康监测传感器布置方法

说明书

本申请提供一种基于奇异值分解的变电站设备健康监测传感器布置方法，包括：对目标结构进行建模及模态分析，计算其基本振型；选取第一预设阶数的基本振型作为目标振型，选择第二预设阶数的模态作为目标模态；根据目标振型和目标模态确定目标结构的第一模态矩阵；删除节点的不可测自由度，得到目标结构的第二模态矩阵；对第二模态矩阵进行奇异值分解，提取非零奇异值所对应的n个左奇异向量组成矩阵H；计算左奇异向量的H·H^T，将最小对角元素所在的行列删除，重复迭代计算，直至达到预设数量的传感器数目。本发明具有在环境噪声影响下，可以用尽量少的传感器得到尽可能多的可以反映结构参数变化的信息。

技术领域

本申请涉及变电站电力设备以及附属重要建筑结构的健康监测领域，尤其涉及一种基于奇异值分解的变电站设备健康监测传感器布置方法。

背景技术

结构健康监测，广义上是指利用各类无损传感器，对目标结构特征信息进行采集，后通过对所采集信息的系统性分析，预测结构的各类响应，达到准确探测和甄别结构损伤与性能变化的目的。结构健康监测和损伤检测的研究，目前可以说主要是依赖结构动力特性的测试来进行分析，因此，模态测试技术就成为损伤检测的主要手段。在进行模态测试时，需要确定测点的布置问题，这即包括需要多少个测点数目，同时也需要知道这些测点的布点位置。

近年来，人们对于大型柔性结构(主要为航空、航天中的空间结构)中传感器、作动器的最优布置问题进行了广泛的研究，提出了许多测点优化的计算方法，这些计算方法各有优劣。对于大型柔性空间结构，测点最优布置主要基于以下原因：一是使各种费用最小化，包括：设备费用、数据处理传输以及最小的占用数据通道；二是这些布点方案可以从有噪声的测量数据中得出较好的模型参数估计；三是通过对大型结构模型改善结构控制；四是可以有效的确定结构特性及其变化，改进结构整体性能评估系统；五是对于大型柔性结构，通过优化测点布置，提高对结构早期损伤的识别能力。

但变电站设备的结构不同于空间结构，两者之间一个非常重要的差距就是建模水平的不确定性。由于二者对结构的精度要求相差极大，空间结构常要求精确建模，对模型误差要求很严，如与拥有较大惯量的变电站设备结构不同，航空、航天结构在一个相对较宽的带宽范围内，容易激励起响应，而变电站设备则对建模要求相对宽松，允许存在模型误差，两者分属于不同学科。目前，对于变电站设备的健康监测汇总，传感器布置方法还存在很多不足。

发明内容

本申请提供一种基于奇异值分解的变电站设备健康监测传感器布置方法，以解决目前变电站设备健康监测方面传感器布置方法存在不足的问题。

一种基于奇异值分解的变电站设备健康监测传感器布置方法，包括：

对目标结构进行建模及模态分析，计算其基本振型，所述目标结构包括多个节点；

选取第一预设阶数的所述基本振型作为目标振型，选择第二预设阶数的模态作为目标模态，所述模态是由所述目标结构经过建模之后得出的；

根据所述目标振型和所述目标模态确定所述目标结构的第一模态矩阵；

删除所述节点的不可测自由度，得到所述目标结构的第二模态矩阵；

对所述第二模态矩阵进行奇异值分解，提取非零奇异值所对应的n个左奇异向量组成矩阵H；

计算所述左奇异向量的H·H^T，将最小对角元素所在的行列删除，重复迭代计算，直至达到预设数量的传感器数目。

进一步地，在选择所述目标振型时，所述基本振型的阶数小于10。

进一步地，所述第一预设阶数为六阶。

进一步地，所述第二预设阶数为六阶。

进一步地，所述不可测自由度包括所述目标结构的转角自由度和无法布置测点的自由度。