[发明专利]多模态系统随机非平稳振动频率特征的转移概率确定方法

说明书

本发明公开了多模态系统随机非平稳振动频率特征的转移概率确定方法，包括：提取各段非平稳振动功率谱中能量最大的频率结果，以之为该段非平稳振动的主导频率，对各段非平稳振动的主导频率数据进行一维层次聚类，根据非平稳振动的发生时间，对每个当前非平稳振动主导频率所属聚类簇的下一个非平稳振动主导频率所属聚类簇进行计数并建立转移概率矩阵，计算聚类簇的出现概率行向量并将其与转移概率矩阵相乘，则可得到每个聚类簇从其它聚类簇转移的转移概率行向量，转移概率行向量中各转移概率值分别表示随机过程中从其他频率特征转移到各频率特征的概率大小。本发明方法可为系统的智能振动控制提供实时的非平稳振动频率及其控制优先级信息。

技术领域

本发明涉及多模态系统随机非平稳振动频率特征的转移概率确定方法，属于结构智能监测、检测与控制领域。

背景技术

如果工程结构或构件等系统的动力特征具有多个模态，那么系统在全寿命周期内可能会出现多段以某个模态为主导的非平稳振动，各非平稳振动段的主导模态会随着外部环境的变化而在系统的各阶固有模态间相互转换。考虑到振动频率是振动模态的主要特征参数，确定这些非平稳振动段的主导频率和其在随机过程中转移概率是对系统进行振动控制的前提。然而，由于真实情况下外部环境变化的不确定性很大，加上系统的振动频率会随着环境变化出现细微变化，数字化地确定多模态系统非平稳振动频率特征在随机过程中的转移概率比较困难。需要有相关技术解决该类问题。

目前，土木、机械领域内关于确定具有多个模态的结构或构件系统的非平稳振动频率特征转移概率的方法鲜有所闻。取而代之的普遍方法是：忽略时间历程中各个非平稳振动段之间的可能潜在关系，仅把每个非平稳振动段看作独立事件，直接识别各非平稳振动的频率，并人工将频率值相近的识别结果归类，计算每类识别频率值数量与识别频率值总量的比值，并以之为该类(阶)频率值在随机过程中的出现概率。可以发现，现有技术比较依赖相关从业人员的专业知识，且没考虑各非平稳振动段在时间历程中的先后顺序和潜在转换关系，不能真实反映随机过程中各模态非平稳振动频率的出现及转移概率。

因此，有必要研发一种考虑时间先后顺序和各非平稳振动段潜在关系的多模态系统随机非平稳振动频率特征转移概率自动确定方法，为土木、机械系统的振动控制提供实时的非平稳振动频率及其控制优先级信息。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供多模态系统随机非平稳振动频率特征的转移概率确定方法，可以为系统的智能振动控制工作提供实时的非平稳振动频率及其控制优先级信息。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

多模态系统随机非平稳振动频率特征的转移概率确定方法，包括如下步骤：

步骤1，基于一定时间长度内多模态系统的多段非平稳振动数据，对各段非平稳振动数据进行频域功率谱分析，提取各段非平稳振动功率谱中能量最大的频率结果，作为该段非平稳振动的主导频率；

步骤2，对各段非平稳振动的主导频率进行一维层次聚类，层次聚类的输出结果取各聚类簇内全部数据点的增量平方和大于预设距离值的聚类结果，所述预设距离值取系统各阶固有频率间最小距离的0.9至1倍中的任意值；

步骤3，根据非平稳振动的发生时间，对每个当前非平稳振动主导频率所属聚类簇的下一个非平稳振动主导频率所属聚类簇进行计数，基于计数结果建立转移概率矩阵；

步骤4，将每个聚类簇中的元素个数除以所有聚类簇中的元素个数，计算出每个聚类簇的出现概率并按行存储，然后将聚类簇的出现概率行向量与转移概率矩阵相乘，得到每个聚类簇从其它聚类簇转移的转移概率行向量，转移概率行向量中的各转移概率值分别表示随机过程中从其他频率特征转移到各频率特征的概率大小。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤1的方法具体如下：