本文關(guān)鍵詞：期望最大化算法在工作模態(tài)分析中的應(yīng)用研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：模態(tài)分析方法是解決工程中振動問題的一種重要手段,如今在很多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。模態(tài)分析方法主要分為實驗?zāi)B(tài)分析(EMA)和工作模態(tài)分析(OMA)兩種,實驗?zāi)B(tài)方法在使用時需要對外部激勵進行測量,而工作模態(tài)則可以省去這一步驟,直接通過測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)信號來提取模態(tài)參數(shù)。因此工作模態(tài)方法可以用于復雜大型設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性分析、在線模態(tài)分析、實時監(jiān)測等方面,具有很大的工程意義。 本文研究了期望最大化算法在工作模態(tài)分析技術(shù)中的應(yīng)用。期望最大化算法(EM算法)是一種用于最大可能性估計(MLE)的全目標算法,MLE在統(tǒng)計學上擁有一些最佳屬性。當EM算法用于工作模態(tài)分析時,根據(jù)所選初始值的不同,計算結(jié)果的精度也不同。本文通過仿真和實驗等手段驗證了EM算法在識別工作模態(tài)參數(shù)中的有效性,論文的主要內(nèi)容如下： (1)介紹了本課題研究的目的及意義,系統(tǒng)地闡述了了模態(tài)參數(shù)分析方法的發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域和研究現(xiàn)狀。 (2)討論了模態(tài)分析方法的基本原理及數(shù)學推導,分別研究了幾種常用的實驗?zāi)B(tài)分析方法和工作模態(tài)分析方法。 (3)討論了期望最大化算法用于工作模態(tài)參數(shù)辨識的可行性,此算法本身具有很好的統(tǒng)計學性質(zhì),在選取了合適的初始值的情況下,可以有效的尋求局部最大值。當運用期望最大化算法來進行工作模態(tài)參數(shù)提取時,可以以隨機子空間法(SSI法)得到的結(jié)果來作為算法初始化條件。此外,本文還討論了以隨機點作為初始值的情況,運用適當?shù)姆绞絹斫㈦S機點并將EM算法用于模態(tài)分析,可以得到比較精確的結(jié)果。 (4)對懸臂梁和自由梁的仿真模型進行ANSYS有限元分析,得到了仿真條件下懸臂梁、完好自由梁和損傷自由梁的各階固有頻率,并與通過梁振動理論計算出的理論值進行對比,驗證了有限元模型分析的有效性。 (5)針對懸臂梁、完好自由梁和損傷自由梁進行了實驗?zāi)B(tài)和工作模態(tài)兩種情況下的振動實驗,利用采集到的信號分別使用SSI法、基于SSI的EM算法和基于隨機點的EM算法三種方法進行了模態(tài)分析。實驗結(jié)果驗證了EM算法在工作模態(tài)參數(shù)識別中的有效性,而且該算法能夠避免使用SSI時出現(xiàn)的虛假模態(tài)和隱藏模態(tài)的缺陷,得到更為準確的參數(shù)和更為清晰的穩(wěn)態(tài)圖。
【關(guān)鍵詞】：EM算法 工作模態(tài)方法 有限元分析 頻響函數(shù) 穩(wěn)態(tài)圖
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH113.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題的研究目的與意義11-13
• 1.2 模態(tài)參數(shù)識別方法的研究現(xiàn)狀13-17
• 1.2.1 實驗?zāi)B(tài)分析方法研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 工作模態(tài)分析方法研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 期望最大化算法研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4 本文主要工作18-19
• 1.5 本章小結(jié)19-21
• 第二章 工作模態(tài)分析技術(shù)基本理論21-39
• 2.1 模態(tài)參數(shù)識別理論21-27
• 2.1.1 模態(tài)分析基本理論21-25
• 2.1.2 模態(tài)分析的基本過程與應(yīng)用25-27
• 2.2 工作模態(tài)分析方法基本理論27-38
• 2.3 本章小結(jié)38-39
• 第三章 期望最大化算法工作模態(tài)理論39-51
• 3.1 狀態(tài)模型空間的模態(tài)分析39-41
• 3.1.1 狀態(tài)空間方程40-41
• 3.1.2 系統(tǒng)識別和模態(tài)分析41
• 3.2 EM算法工作模態(tài)分析基本原理及算法性質(zhì)41-46
• 3.2.1 高斯狀態(tài)空間模型的似然函數(shù)的賦值42
• 3.2.2 EM算法工作模態(tài)分析的基本原理42-44
• 3.2.3 EM算法的性質(zhì)44-46
• 3.3 EM算法初始值的選取及算法仿真46-49
• 3.4 EM算法用于工作模態(tài)分析方法基本步驟49-50
• 3.5 本章小結(jié)50-51
• 第四章 理論模態(tài)計算及有限元模態(tài)仿真51-65
• 4.1 有限元模態(tài)理論51-52
• 4.2 梁的振動理論52-56
• 4.3 梁的理論模態(tài)56-57
• 4.4 有限元模態(tài)仿真分析57-62
• 4.4.1 有限元分析的基本過程57-58
• 4.4.2 建立懸臂梁和自由梁的有限元模型58-59
• 4.4.3 有限元模態(tài)分析結(jié)果59-62
• 4.5 本章小結(jié)62-65
• 第五章 工作模態(tài)分析實驗65-95
• 5.1 實驗設(shè)備及數(shù)據(jù)采集65-70
• 5.1.1 實驗對象65-66
• 5.1.2 傳感器的選擇和布置66-68
• 5.1.3 激振器68
• 5.1.4 功率放大器68
• 5.1.5 信號發(fā)生器與信號采集系統(tǒng)68-69
• 5.1.6 實驗細節(jié)說明69
• 5.1.7 實驗步驟69-70
• 5.2 振動信號的預(yù)處理70-74
• 5.2.1 信號預(yù)處理主要方法70-72
• 5.2.2 實驗信號預(yù)處理72-74
• 5.3 實驗設(shè)置及結(jié)果分析74-93
• 5.3.1 實驗基本設(shè)置74-75
• 5.3.2 期望最大化算法對懸臂梁的工作模態(tài)參數(shù)分析75-80
• 5.3.3 期望最大化算法對完好自由梁的工作模態(tài)參數(shù)分析80-86
• 5.3.4 期望最大化算法對損傷自由梁的工作模態(tài)參數(shù)分析86-93
• 5.4 本章小結(jié)93-95
• 第六章 結(jié)論與展望95-99
• 6.1 結(jié)論95-97
• 6.2 展望97-99
• 參考文獻99-103
• 致謝103-105
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文105

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：期望最大化算法在工作模態(tài)分析中的應(yīng)用研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：438286