论文题目: 时频联合分析方法在参数识别中的应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 石志晓
导师: 周晶
关键词: 时频联合分析,参数识别,自适应高斯基展开,小波变换,变换
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 时频联合分析方法是近年来在信息工程领域中发展起来的分析方法,能同时在时域和频域内分析信号的时频特征,是分析非平稳信号的有力工具,它极大地促进了土木、机械振动、图像处理、电力系统等相关领域的发展。本文综述了常用的时频联合分析方法:线性变换、双线性变换和Hilbert-Huang变换在土木工程中的研究现状,在总结前人工作的基础上,将时频联合分析方法用于结构线性、非线性参数识别和损伤检测方面: 将自适应高斯基展开及其自适应谱用于线性结构的参数识别中,对结构响应信号采用高斯基函数以信号时频能量大小为序进行自适应匹配分解,由分解项得到自适应谱。由于响应信号中的模态响应能量集中,因此,分解时一般先分解能量集中的模态响应分量,后分解能量分散的噪声信号。在分解过程中当模态响应被分解后,即可停止对信号的分解,以减小噪声对自适应谱的影响。通过对自适应谱和分解项进行分析可识别出结构的模态参数,识别结果具有较强的抗噪声能力,且识别精度理想。 由于二次时频分布能够表示信号的能量随时间的变化,本文将经验模态分解方法和二次时频分布结合对线性结构进行识别,用经验模态分解方法分离出一个测点信号的模态响应分量,估计模态频率和阻尼,用模态响应分量和其它测点的响应的二次时频分布来识别模态振型,不需要从每个测点的响应信号中提取出模态响应分量。提出的方法能够较好地识别出结构的参数。 在实际工程中经常会遇到时变系统或非线性力学系统,非线性力学系统的特征是频率和阻尼特性随响应幅值发生变化,而非线性特征的识别对了解结构性质非常重要。本文结合小波变换和重排方法提取信号的时变特征,得到非线性信号频率骨架曲线和阻尼骨架曲线,用于分析非线性力学系统的特征。由于结构响应信号时频图中的能量脊线往往反映了结构的时变特征,准确地得到信号的时频脊线对捕捉、分析结构的时频特征非常重要。对脊线的提取常规的方法是采用极大值法和结合优化的方法,而这些方法受噪声的影响比较大,而时频重排方法则是将时频图的值重新排列到谱图的重心位置,得到重排谱,重排谱比原始的时频图具有更好的时频聚集性,因而从重排谱中能更容易提取出信号的时频特征。文中通过对慢变的非线性响应信号进行小波变换,得到小波谱图,再对小波图进行重排,由重排谱提取非线性响应信号中主分量的小波脊线,根据小波谱和小波脊线可得到主分量的时变幅值,再由时变幅值和小波脊线计算出反映非线性系统特征的频率骨架曲线和阻尼骨架曲线,并用于摩擦滑移隔震块非线性系统的研究。 Hilbert—Huang变换是先对信号进行模态分解,再对分解出的单分量进行Hilbert变换得到HHT谱。HHT方法被提出以来倍受关注,本文将其应用于结构的损伤检测。首先对几种典型信号进行分析,研究其用于损伤识别的原理,随后将其用于单自由度结构在刚度突然降低和刚度缓慢变化两种情况下的损伤识别,由于刚度的变化会引起频率的变化,因此,从分解出的模态分量和时频图中可以明显地观察到刚度变化的时间和变化前后频率的变化。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 论文的研究背景及意义
1.2 常用的时频联合分析方法简介
1.2.1 线性变换
1.2.2 双线性变换
1.2.3 Hilbert-Huang变换
1.3 时频分析方法的应用基础
1.4 时频联合分析方法在土木工程中的研究现状
1.4.1 人工时频非平稳地震波模拟
1.4.2 结构动力响应分析和可靠性估计
1.4.3 结构的参数识别和损伤检测
1.5 本文的主要工作
参考文献
第二章 基于自适应线调频高斯基展开的参数识别方法
2.1 引言
2.2 自适应线调频高斯基分解和自适应谱
2.3 自适应展开与Gabor展开和小波变换的关系
2.3.1 Gabor展开
2.3.2 小波变换
2.3.3 三者之间的关系
2.4 线性时不变系统的参数识别
2.4.1 频率估计
2.4.2 阻尼比估
2.4.3 振型估计
2.5 算例分析
2.6 小结
参考文献
第三章 联合经验模态分解与二次时频分布的参数识别方法
3.1 引言
3.2 Cohen类二次时频分布
3.3 经验模态分解
3.4 多自由度线性系统的参数识别方法
3.5 算例分析
3.6 对比分析
3.7 小结
参考文献
第四章 基于时频重排和时频脊线的非线性系统的识别方法
4.1 引言
4.2 时频脊线
4.2.1 小波变换
4.2.2 小波变换的实现
4.2.3 小波脊线
4.2.4 小波的选取
4.3 时频重排
4.3.1 谱图的重排
4.3.2 尺度图的重排
4.3.3 线调频信号的重排
4.4 非线性系统的识别方法
4.5 算例分析
4.6 小结
参考文献
第五章 损伤检测的经验模态分解法
5.1 引言
5.2 Hilbert-Huang变换
5.2.1 经验模态分解
5.2.2 Hilbert谱
5.3 几种典型信号的分析
5.4 单自由度结构的损伤检测
5.5 小结
参考文献
第六章 结论与展望
6.1 本文的主要结论
6.2 展望
攻读博士学位期间发表的学术论文
创新点摘要
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-09-07
参考文献
- [1].经验模态分解中的优化理论与方法研究[D]. 黎恒.西安电子科技大学2017
- [2].经验模态分解理论与应用研究[D]. 孙晖.浙江大学2005
- [3].二维经验模态分解研究及其在图像处理中的应用[D]. 葛光涛.哈尔滨工程大学2009
- [4].经验模态分解的改进方法及应用研究[D]. 高静.北京理工大学2014
- [5].快速二维经验模态分解和相位追踪方法及其在导波无损检测中的应用[D]. 周义.上海交通大学2014
- [6].基于现代信号处理的结构模态参数识别与损伤识别研究[D]. 孙兆伟.北京邮电大学2012
- [7].经验模态分解中关键问题的优化理论与方法研究[D]. 黎恒.西安电子科技大学2016
- [8].基于经验模态分解的故障诊断方法研究[D]. 杨贤昭.武汉科技大学2012
- [9].经验模态分解及其在水声信号处理中的应用[D]. 杨宏.西北工业大学2015
- [10].混沌信号的噪声抑制研究[D]. 王梦蛟.华南理工大学2015
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