[发明专利]一种高频底座力天平复杂畸变信号的修正方法

说明书

本发明公开了一种高频底座力天平复杂畸变信号的修正方法，包括以下步骤：S1、输入测量信号xsubgt;1/subgt;(t)；S2、对测量信号xsubgt;1/subgt;(t)的功率谱密度Ssubgt;x1/subgt;(f)畸变频段内第一个共振峰值进行气动力特征的参数识别；S3、对xsubgt;1/subgt;(t)进行单模态时域修正并提取气动荷载功率谱特征曲线L；S4、选取母小波函数和分解层数，对单模态时域修正信号xsubgt;2/subgt;(t)进行小波包分解得到小波包系数，对相应频段小波包系数进行修正，重构修正后的气动荷载时程。本发明针对同时存在信号耦合以及振动噪声干扰的复杂畸变情况，能够有效地修正气动荷载，弥补了已有修正方法的不足。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种高频底座力天平复杂畸变信号的修正方法。

背景技术

高频底座测力天平(HFFB)技术是风洞试验中评估高层建筑风荷载和风致响应的有效手段。但是由于测量仪器、风洞试验装置和环境等条件的限制，制作的模型连接刚度可能不够，从而导致天平-模型系统(BMS)对气动荷载感兴趣的频率范围产生动力放大作用。此外，大多数超高层建筑前两阶侧移模态频率很接近，从而会产生耦合效应，并且测试结果容易受到仪器噪声、试验环境底板、风洞等强电及振动的影响从而混入振动噪声，这些问题都进一步加深了气动荷载信号的畸变复杂程度。目前，对于HFFB气动荷载修正领域的处理方法主要有：

单模态修正：当各通道气动荷载信号不存在明显耦合时，通过各分量信号识别出BMS对应的频率和阻尼比，然后在频域除以机械导纳函数得到修正后气动荷载谱。

多模态解耦修正：当各通道气动荷载信号存在明显耦合时，采用盲源分离算法分离耦合信号，将各分量信号分离解耦后转换至模态坐标，在模态坐标下进行单模态修正，最后将模态坐标下修正后的信号再转换回物理坐标得到修正后的气动荷载信号。

以上方法中，单模态修正方法只能在频域修正未耦合信号的功率谱，无法修正耦合信号，也不能直接得到修正后的气动荷载时程数据。多模态解耦修正方法能对一般的耦合信号进行解耦修正，但是当测量信号混入振动噪声使得畸变程度较为复杂时，并且，两种方法均无法有效地对信号进行修正，此外，经过两种方法修正后的信号工作频段虽然得到了拓宽，但仍被限制在一定范围。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种高频底座力天平复杂畸变信号的修正方法，首先采用单模态时域修正方法提取畸变频段内的气动力特征曲线，然后采用小波包变换来对畸变信号特定频段能量进行调整，来消除信号耦合和振动噪声干扰的影响，最终可以得到修正后的气动荷载时程。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高频底座力天平复杂畸变信号的修正方法，包括以下步骤：

S1、输入测量信号x₁(t)；

S2、对测量信号x₁(t)的功率谱密度畸变频段内第一个共振峰值进行气动力特征的参数识别；

S3、对x₁(t)进行单模态时域修正并提取气动荷载功率谱特征曲线L；

S4、选取母小波函数和分解层数，对单模态时域修正信号x₂(t)进行小波包分解得到小波包系数，对相应频段小波包系数进行修正，重构修正后的气动荷载时程。

进一步的，步骤S2具体包括：

S21、计算测量信号x₁(t)的功率谱

S22、计算无因次化的频响函数h(f)；

S23、计算单模态修正后气动荷载信号功率谱密度

S24、拟合曲线使得原始曲线与拟合曲线的残差平方和最小；