基于全局非线性可分离的最小二乘法的飞机颤振模态参数辨识

本文考虑在输入-输出数据都带有噪声的前提下,将偏差补偿最小二乘算法（CLS）进行推广得到非线性可分离的最小二乘算法（NSLS）。采用适用于噪声环境的非线性可分离的最小二乘算法可准确地辨识飞机的颤振模态参数,该算法结合传递函数模型,将带噪声系统的辨识问题转化为非线性可分离的最小二乘问题。利用该算法,两噪声的方差值和传递函数中的模型参数可分离地估计出来。最后利用试飞试验数据辨识飞机的系统参数,验证了该方法的有效性。     

线性回归模型中的递推辨识及其应用

摘要：因机械系统振动响应离散差分方程可以改写为关于结构模态参数的线性回归形式,对于此线性回归形式中的结构模态参数的辨识问题可转化为系统辨识理论中线性回归模型的未知参数矢量的辨识估计问题。当系统对象在白噪声激励下,常规的最小二乘辨识法可以给出参数估计的无偏估计。当系统对象在有色噪声作用下,在常规最小二乘辨识法的基础上提出一种新的可分离迭代最小二乘辨识法。在缺乏关于噪声的统计先验信息,仅有噪声为未知但有界的情况下,提出一种带死区的最小二乘辨识法,该辨识法不仅能给出未知参数矢量的一致性无偏估计,而且还能保证参数估计值逐渐向真值靠拢,任何相邻两估计值之间的逼近程度远远小于噪声的上界。在有界噪声出现的情况下,该算法的鲁棒性可以通过在参数修正方程中引入死区的方法来增强。最后用理论上的仿真算例和弹簧-质量-阻尼系统的振动响应来验证两方法的有效性和可行性。     

带挠性附件卫星转动惯量的在轨辨识

针对大型卫星的挠性附件振动会影响质量特性参数辨识精度和准确性的问题,提出了带挠性附件卫星转动惯量参数在轨辨识的递推算法。基于带挠性附件卫星动力学模型,导出了转动惯量参数辨识的最小二乘描述形式;与挠性附件振动模态估计的卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种适用于带挠性附件卫星转动惯量参数辨识的并发递推算法。通过仿真算例验证了卫星挠性附件振动对转动惯量参数辨识的影响和文中递推算法的有效性。     

基于前向神经网络的非线性时变系统辨识的改进递推最小二乘算法

标准的递推最小二乘算法随着递推次数的增加,增益矩阵将逐渐趋于零,致使递推算法慢慢失去修正能力,出现所谓的“数据饱和”现象。为了克服“数据饱和”问题,本文首先对递推最小二乘算法进行改进,得到了改进的最小二乘算法(IRLS),并给出了收敛性证明,然后将该算法应用于基于前向神经网络的非线性时变系统辨识。通过对两个非线性时变系统进行有效验证,仿真结果表明本文算法计算精度高、计算速度快、数值稳定性好,并能有效克服“数据饱和”。     

基于有限元分析的复杂结构弹性振动传递函数建模

为了解决复杂结构的弹性振动建模问题,提出了一种基于有限元分析的弹性振动传递函数建模方法。首先建立能够准确反映结构动力学特性的有限元模型;然后根据输入参数和辨识算法类型的不同,分别从时域和频域两方面进行传递函数建模,其中时域辨识建模以PRBS信号的瞬态响应结果为辨识数据进行时域参数辨识,频域辨识建模以结构的频率响应函数为辨识数据进行频域参数辨识;最后以“时域建模频域验证,频域建模时域验证”的方法检验传递函数的精度。通过建立悬臂梁、某运载火箭和某弹体局部结构的传递函数模型,证明了该方法的可行性和有效性,为该方法在工程实践中的应用提供参考。     

频域响应函数估计的非参数辨识法

针对振动工程领域中频响函数的辨识估计,本文深入研究频响函数估计的非参数辨识法。在离散傅里叶变换中,考虑初始和终端状态带来的暂态泄露项和观测噪声谱项对频响函数估计的影响。为得到准确的频响函数估计值,联合频响函数、初始-终端状态和脉冲响应系数待辨识参数矢量,将频响函数估计问题转化为一个线性最小二乘优化问题。针对此线性最小二乘优化问题的特殊形式,提出一种可分离的求解过程。最后用仿真算例验证本文辨识方法的有效性。     

基于MATLAB的蜂窝纸板缓冲包装系统参数辨识

通过正弦振动试验,研究了蜂窝纸板缓冲包装系统的振动特性,获得了蜂窝纸板的振动传递率曲线。采用MATLAB软件,利用最小二乘法对振动传递函数中的fn和c进行辨识,得到了理论传递率函数,并与试验数值进行了对比分析,证明了运用MATLAB和最小二乘法识别蜂窝纸板系统参数是可行的,具有较高的精度。利用识别出的固有频率和阻尼系数,对不同尺寸的蜂窝纸板进行了预测,预测结果与试验结果比较接近。     

基于灰色小波核偏最小二乘的传感器网络数据预测融合研究

摘　要：针对如何降低传感器网络中采集的非平稳、非线性信号的数据传输量,提出了一种基于灰色Morlet小波核偏最小二乘(GMWKPLS)的预测融合模型。该模型把灰色模型预测的思想融入到核偏最小二乘(KPLS)中,采用构造的Morlet小波核函数进行数据变换,将输入映射到高维非线性的特征空间,在特征空间中,利用线性偏最小二乘方法构造预测融合模型。通过对齿轮箱断齿工况升速过程中的振动信号进行分析,结果表明,该模型使用滑动窗方法不断更新建模数据进行动态预测,预测精度高,可大大降低数据传输量,获得显著的节能收益。通过与灰色RBF核偏最小二乘(GRBFKPLS)和RBF核偏最小二乘(RBFKPLS)预测模型对比,GMWKPLS性能最佳,预测误差范围在±0.4%以内。     

基于EMD与GA-PLS的特征选择算法及应用

针对振动信号非平稳性和特征优化选择的问题,提出一种基于EMD和GA-PLS的特征选择算法。在该算法中,首先,采用EMD方法将振动信号分解成多个固有模态函数(Intrinsic Mode Function, IMF),对IMF分量建立自回归（AR）模型,以AR模型系数和残差作为初始特征向量,然后,遗传算法与偏最小二乘法相结合(GA-PLS)的算法对初始特征向量进行筛选得到新的特征向量,最后,以新的特征向量为输入,建立分类器,用来识别手动换向阀的工作状态和判断故障类型。实验结果表明,采用该特征选择算法能准确地选择出特征,并能应用于手动换向阀的故障诊断     

冗余约束多刚体系统摩擦碰撞问题的数值求解方法

针对冗余约束多刚体系统的摩擦碰撞问题,以牛顿恢复系数作为碰撞终止条件,以离散化的系统动力学方程和线性规划理论为基础,建立了相应的混合互补模型。为有效求解该模型,利用最小二乘法和线性化方法,将混合互补模型转化为标准的线性互补模型,用线性互补模型的求解算法进行数值求解。接着,提出一种直接投影修正算法对碰撞计算过程进行修正,有效防止了碰撞加剧约束违约的现象。最后,通过一个算例,验证了数值求解方法和修正算法的有效性。     

An optimal impulse response matching via the residue method for model reduction of discrete systems

Abstract

The conventional stable methods are used to reduce the order of the denominator polynomial of a z‐transfer function. The coefficients of the numerator polynomial of the reduced model are determined through an optimal matching of the impulse responses of the original and reduced models. Using the residue method, the optimal matching can be handled analytically with the solution of a set of linear algebraic equations. Furthermore, the reduced model is stable provided the original one is stable.     

A computational fluid dynamic model of the heat and moisture transfer during beef chilling

The unsteady heat and mass transfer process during beef carcass chilling was modelled for a three-dimensional beef carcass geometry. A three-step method was used to simulate the simultaneous heat and mass transfer process in order to reduce the computational time. In the first step, a steady state simulation of the flow field was conducted. In the second step, the local heat and mass transfer coefficients were calculated. Finally, the third step consists of the simultaneous heat and mass transfer process simulation on the meat carcass only. A separate 1-D grid was used to calculate the moisture diffusion in the meat. The simulation of a 20-h chilling run takes 5 days on a 2.5 GHz Pentium 4 computer. The model allows calculating and predicting the heat load, temperatures, weight loss and water activity. Local variations in the heat and mass transfer coefficients, temperature and water activity were found around the beef carcass. The CFD model gives temperature predictions that agree with experimental data better than any previous model. The weight loss tends to be over-predicted probably due to neglecting the resistance caused by the fat cover.     

磁流变阻尼器实验建模及模糊半主动振动控制

利用磁流变阻尼器特性试验数据,通过曲线拟合等手段建立了双sigmoid力学模型。该模型的参数是控制电流和振动频率、振幅的函数,能准确描述不同激励条件下阻尼力-速度滞回特性。建立了双层隔振系统模型,分析了阻尼比对传递函数的影响。提出了一种模糊半主动振动控制算法。仿真结果表明,该控制算法在宽频范围上能取得很好的隔振效果。     

A combined method using modified routh stability array and MSE criterion for the reduction of discrete‐time systems

Abstract

A new mixed method using modified stability array and mean‐square error (MSE) criterion is proposed for deriving reduced‐order 2‐transfer functions for discrete‐time systems. More precisely, the modified Routh stability array is used to obtain the reduced‐order denominator, thus ensuring stability preservation, while the numerator is obtained by minimizing the mean‐square error between the unit step responses of the original system and reduced model. The main feature of the method is that it does not actually evaluate the system and model responses in the step of minimizing mean‐square error.     

Transient Effect of Micro Vibration from Two Space Vehicles on Mixture During Thermodiffusion Experiment

Numerical modeling of thermodiffusion experiment for a binary mixture of water and isopropanol under micro-vibrations condition is presented. The vibrations obtained onboard ISS and FOTON-M3 are due to different activities. The effect of micro-gravity vibration level on the variation of mixture properties were investigated in detail. In this paper, the thermodiffusion experiment was investigated for two different g-jitter vibrations in the presence of a thermal gradient. The cavity is filled with a binary mixture of water and isopropanol with negative Soret. All physical properties including density, mass diffusion and thermodiffusion coefficients were assumed as functions of temperature and concentration. In order to understand the behavior of the mixture during the course of the experiment, five locations in the domain were chosen. It was found that a similarity between g-jitter vibration and induced velocity pattern exist. Micro vibration was found to have a minimal effect on the molecular and thermodiffusion coefficients.     

过载振动复合条件下的加速度计不对称性误差

为研究过载-振动复合条件下加速度计不对称性引入误差的影响,建立了包含加速度计模型不对称性的振动整流误差数学模型,并给定相关参数进行仿真分析。分析结果表明,当过载大于等于振动加速度幅值时,可忽略加速度计不对称性引起的振动整流误差;在给定的仿真情况下,当过载小于振动加速度幅值时,加速度计不对称性引起的振动整流误差小于全部振动整流误差的1%。     

圆柱体横流与顺流方向涡激振动耦合模型研究

基于尾流振子模型对刚性圆柱体在横流以及顺流方向涡激振动耦合模型进行了研究。首先建立了横流以及顺流方向考虑结构几何非线性的结构振子以及尾流振子模型,其次基于二阶精度中心差分格式对模型进行先离散后迭代求解,再次通过与他人实验结果进行对比验证了该数值模型的可靠性,最后对不同质量比、不同结构阻尼比以及不同几何非线性系数下圆柱体涡激振动响应振动幅值以及振动轨迹进行了分析。分析结果表明:随着质量比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值均呈下降趋势,锁定区间宽度逐渐变窄。随着结构阻尼比的增大,横流以及顺流方向的振动幅值同样呈下降趋势,而锁定区间宽度逐渐变宽。随着折合速度的增加,结构振动轨迹依次出现斜"8"字形、"月牙"形以及正"8"字形。随着几何非线性系数的增加,横流以及顺流方向振动幅值从上分支进入低分支时的位移突降现象会变得越来越明显。     

混合传递路径分析方法

根据悬臂壳实验台结构建立有限元模型,并结合实验模态分析对其进行修正,建立高精度有限元模型。利用实验模态分析结果计算结构阻尼参数,确立混合传递路径分析(TPA)中频率响应函数(FRF)的有限元计算方法,并且与实验结果对比,验证其有效性和可行性。利用Tikhonov正则化方法进行载荷识别,对悬臂壳实验台进行混合TPA实验研究,获得不同频率下各路径对目标点振动的贡献量,并将各路径对目标点的振动贡献量进行矢量叠加,与实验测试值进行对比。结果表明,各路径贡献量叠加结果与实验测试值吻合较好,可确定该结构的主要振动传递路径,从而为结构优化奠定基础。     

螺栓连接非线性振动特性研究

摘要：在不同的外界激励下,螺栓连接常常表现出一定的非线性。为研究螺栓连接的非线性特性,设计了一个螺栓连接系统,并对其进行不同基础激励下的正弦扫频实验。通过实验数据的分析得到了螺栓连接的共振频率和相对阻尼系数,发现其随着激励量级的不同呈现出较明显的非线性特性。在理论模型研究中,将系统简化为非线性弹簧、非线性阻尼器、质量块的单自由度模型,并利用实验数据对非线性方程中的系数进行了识别。利用此非线性模型,求出系统的主共振频率和相对阻尼系数,它们与实验结果相比差别较小,说明文中所给的非线性方程能较好描述螺栓连接的振动特性。     

汽车传动系扭振引起的车内轰鸣声控制方法

某前置后驱微型客车存在低转速车内轰鸣声的问题,研究表明该轰鸣声由传动系扭振引起。首先对传动系扭振影响车内噪声的机理进行分析,在此基础上建立传动系扭振当量系统模型并进行自由振动计算。同时建立对象车型发动机仿真模型,从而获取发动机激振力矩,完成受迫振动计算。然后开展传动系扭振测试,并将自由振动及受迫振动计算结果与试验数据进行对比,验证了模型的有效性。然后利用此模型研究对象车型传动系扭振特性,从减小经后桥及后悬架向车身传递的扭振激励的角度出发,提出了一系列控制主减速器处扭振幅值的方案。试验结果表明所提方案对改善低转速车内轰鸣声效果明显。上述工作对解决同类问题具有一定意义。