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结构动力学状态估计的符号空间方法初步研究

宋向荣  
【摘要】: 研究不依赖精确数学模型的结构动力学整体状态估计的新方法是目前振动与控制领域研究的热点之一。论文利用Lempel-Ziv复杂度(LZ复杂度)分析方法和符号动力学理论,由结构测点的加速度响应构建符号空间,在符号空间内对结构整体动力学行为进行初步状态估计,得到了很有意义的结论。 (1)研究振动响应序列的符号空间重构,及符号动力学移位的性质。通过模拟衰减序列的分析,研究序列固有特性与嵌入维数、移位步长、重构向量间距离等之间的关系,总结了重构参数选取的规律,确定了序列重构的准则。 (2)利用上述方法对几种典型工程和实验序列分析。结果表明移位和相空间重构方法能反映序列的性质,其演变规律有很好的强度相关性,计算方法和计算结果依赖和反映信号强度的变化,对于系统监测等具有很实用的价值。 (3)研究各种典型工程实测响应序列的LZ复杂性。利用多值粗粒化方法转化成符号序列,然后进行相空间重构,移位映射分析,LZ复杂度分析等等,研究一些参数与序列性质之间的关系,结果表明LZ复杂性分析方法对非线性因素反映敏感,适用于工程实际。 (4)验证LZ复杂度分析对弹性体的可离散性。以T型板为例,通过计算中心点附近240个响应点的复杂度,证明了LZ复杂度分析不改变弹性体的可离散化条件,为有限元理论和复杂度分析以及符号空间方法的结合应用奠定了基础。 (5)由结构多个测点的响应构建符号空间,在符号空间内建立了描述结构整体动力学状态初步估计的新方法。对某离心泵汽蚀工况进行状态估计,与传统方法比较具有实验成本低和过程简单的特点,表明所提方法的有效性。 基于符号空间的结构动力学整体状态初步估计方法对难以精确建模具有非线性特征的系统具有一定优势,其研究内容对结构动态性能监测、状态控制等具有重要的实用价值,进一步研究基于符号空间的状态描述参数问题、状态估计精度问题、灵敏度问题、控制问题等等,具有广阔研究空间。


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