本文關(guān)鍵詞：基于參數(shù)化時頻分析的非線性系統(tǒng)辨識

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【摘要】：實際的工程機械設(shè)備和結(jié)構(gòu)中廣泛地存在著各種各樣的非線性現(xiàn)象和非線性系統(tǒng)，需要積極利用或者主動克服。對于這些工程實際中普遍存在的非線性問題，建立描述非線性系統(tǒng)特性和行為的模型成為研究和解決問題的關(guān)鍵，這使得非線性系統(tǒng)辨識成為了當前系統(tǒng)辨識研究中的熱點。利用傳統(tǒng)的線性系統(tǒng)辨識方法解決非線性問題因會產(chǎn)生很大的誤差而無法適用，盡管針對非線性系統(tǒng)的辨識的研究理論體系在近二十年來取得了較大發(fā)展，但關(guān)于非線性系統(tǒng)辨識方法的研究仍然是工程逆問題中的難點。 目前在結(jié)構(gòu)動力學中非線性系統(tǒng)辨識的已有多種常用的方法，然而它們都有著各自的缺陷和不足，相比之下，時頻域類的辨識方法是近些年來研究和提出的且具有一定發(fā)展前景的相對比較新穎的方法，主要是基于信號處理技術(shù)中的各種時頻分析方法，通過對輸入輸出信號簡單有效的分析來辨識系統(tǒng)的非線性特征和估計相關(guān)參數(shù)，該類方法具有其它方法所沒有的分析和辨識優(yōu)勢。 傳統(tǒng)的時頻分析方法在處理多分量非平穩(wěn)信號時存在一定的缺點和問題。近年來，針對于傳統(tǒng)聯(lián)合時頻分析方法所面臨的局限性，參數(shù)化的時頻分析方法理論得到建立和不斷完善，一系列相關(guān)的新的時頻分析方法被提出。基于此，本文的研究內(nèi)容是利用一種典型的參數(shù)化的時頻分析方法——多項式調(diào)頻小波變換（polynomial chirplettransform, PCT）來實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的辨識。 PCT是在對傳統(tǒng)線調(diào)頻小波變換（CT）的新理解的基礎(chǔ)上拓延發(fā)展出的一種適合非平穩(wěn)信號類分析處理的新的時頻分析方法，它以多項式非線性核函數(shù)為載體，通過引入?yún)?shù)化的頻率變換算子，對原信號的瞬時頻率進行逼近和表征。理論上通過選擇適當?shù)亩囗検胶颂卣鲄?shù)進行變換，便可以精確提取信號的瞬時頻率曲線。 對于非線性振動系統(tǒng)而言，時變的瞬時幅值和瞬時頻率是表征該系統(tǒng)響應(yīng)的兩個重要的特征參量。本文在對非線性振動系統(tǒng)的振動特性進行分析和討論的基礎(chǔ)上，利用PCT對非線性系統(tǒng)響應(yīng)信號進行分析處理，并提取該時域信號中提取這兩個瞬時特征參量，在此基礎(chǔ)上估算出系統(tǒng)的瞬時模態(tài)參數(shù)即瞬時固有頻率和瞬時阻尼系數(shù)，通過瞬時模態(tài)參數(shù)和系統(tǒng)響應(yīng)瞬時特征量之間的關(guān)系辨識出表征原系統(tǒng)非線性的本質(zhì)特征的骨架線和阻尼系數(shù)曲線，可由此對系統(tǒng)非線性的類型、強度等進行定性的判斷，，本文還提出平均化的非線性特征力的概念，通過辨識出平均化的非線性特征力曲線可以獲得對系統(tǒng)具體物理參數(shù)的估計，從而構(gòu)建出原非線性振動系統(tǒng)的運動微分方程。 本文在最后對所提出的辨識方法進行了數(shù)值仿真與實驗研究，充分驗證了方法的有效性和可靠性，并具有良好的抗噪性能。
【關(guān)鍵詞】：非線性系統(tǒng)辨識 參數(shù)估計 非線性振動 反對稱非線性 非平穩(wěn)信號 參數(shù)化時頻分析 多項式調(diào)頻小波變換
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH113.1
【目錄】：

• 上海交通大學碩士學位論文答辯決議書5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 緒論13-31
• 1.1 非線性系統(tǒng)辨識研究的意義13-14
• 1.2 非線性系統(tǒng)辨識國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-24
• 1.2.1 研究內(nèi)容與研究方法14-18
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)動力學中的非線性系統(tǒng)辨識及其當前存在的問題18-24
• 1.3 基于信號處理方法類非線性系統(tǒng)辨識24-30
• 1.3.1 時頻分析方法簡介24-28
• 1.3.2 時頻域類辨識方法概述28-30
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容30-31
• 第二章 非線性動力學系統(tǒng)的振動特性31-49
• 2.1 引言31-32
• 2.2 典型的非線性振動系統(tǒng)實例32-34
• 2.3 非線性慣性力34-35
• 2.4 非線性彈性恢復(fù)力35-39
• 2.4.1 骨架線35-36
• 2.4.2 典型的非線性彈性力特征36-39
• 2.5 非線性阻尼力39-45
• 2.5.1 阻尼系數(shù)曲線39-40
• 2.5.2 典型的非線性阻尼力特征40-45
• 2.6 非線性振動系統(tǒng)的瞬時模態(tài)參數(shù)45-47
• 2.7 本章小結(jié)47-49
• 第三章 非線性系統(tǒng)模型與辨識算法49-63
• 3.1 引言49-50
• 3.2 單自由度反對稱非線性振動系統(tǒng)50-54
• 3.2.1 系統(tǒng)模型50-52
• 3.2.2 系統(tǒng)的瞬時固有頻率與瞬時阻尼系數(shù)52-54
• 3.3 非線性特征辨識54-58
• 3.3.1 骨架線與阻尼系數(shù)曲線辨識54-57
• 3.3.2 平均化的非線性特征力辨識57-58
• 3.4 參數(shù)估計58-61
• 3.5 本章小結(jié)61-63
• 第四章 非線性系統(tǒng)瞬時特性的提取63-79
• 4.1 引言63-64
• 4.2 基于 HT 的瞬時特性提取64-66
• 4.3 基于 PTFA 的瞬時特性提取66-74
• 4.3.1 參數(shù)化時頻分析理論66-70
• 4.3.2 基于 PCT 的 IF 估計70-72
• 4.3.3 基于 PCT 的瞬時幅值估計72-74
• 4.4 數(shù)值仿真研究74-77
• 4.5 本章小結(jié)77-79
• 第五章 基于 PCT 的非線性振動系統(tǒng)辨識的數(shù)值仿真與實驗研究79-97
• 5.1 引言79
• 5.2 數(shù)值仿真研究79-90
• 5.2.1 自由振動79-85
• 5.2.2 受迫振動85-90
• 5.3 實驗研究90-96
• 5.4 本章小結(jié)96-97
• 第六章 結(jié)束語97-99
• 6.1 全文工作總結(jié)97-98
• 6.2 未來工作展望98-99
• 參考文獻99-115
• 致謝115-117
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文117

【參考文獻】

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本文編號：992941