工作模态分析中周期激励的识别及消除

2012年10月噪声与振动控制第5期文章编号：1006-1355(2012)05-0168-05

工作模态分析中周期激励的识别及消除

邓先来，纪国宜

(南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京210016)摘要：针对运行机械中通常存在周期激励这一情况，应用数值仿真的方法，研究周期激励对模态分析结果的影响。通过提取结构响应相关函数的模态幅值曲线图，能直观的识别出周期谐波响应模态成分，然后应用数字滤波技术滤除周期激励的干扰。仿真及试验结果表明该方法能够准确的识别出周期激励，对线性定常系统的工作模态分析具有一定的参考价值。

关键词：振动与波；工作模态；模态幅值曲线；非平稳；周期激励

中图分类号：TB123；TN911.7文献标识码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-1335.2012.05.038 Identification and Elimination of Periodic Excitation in

Operational Modal Analysis

DENG Xian-lai,JI Guo-yi

（State Key Laboratory of Mechanics and Control of Mechanical Structures,Nanjing University of

Aeronautics and Astronautics,Nanjing210016,China）

Abstract:Considering that periodic excitation normally exists in running machine the effects of periodic excitation on modal analysis results were studied by using numerical simulation.Through extracting the amplitude curve diagram from correlation function of response of the structure the modal components of harmonic response could be directly identified and the interference of periodic excitation elimilated by digital filtering technique The results of simulation test show that periodic excitation could be identified accurately by this method.This is of value in operational modal identification of linear stationary system.

Key words:vibration and wave;operational modal;modal amplitude curve;non-stationary;periodic excitation

近年来，时域模态分析方法在不断的发展和完善。和传统方法相比，它不需要人工激励、安全性好，能反映结构实际工作条件下的模态参数信息，因而深受广大科学技术人员的关注。但这些方法的实施前提都是假设环境激励是平稳的白噪声激励，而对于非平稳环境激励以及激励中含有周期成分的情况研究较少。鉴于复杂机构系统在运行过程中，周期激励成分较为丰富，这和实际假设的理想情况相差较远，因而会对工作模态的参数识别造成严重的影响[1,2]。这种情况下，识别周期激励并把它从响应信号中剔除就变得很有意义。孟庆丰等研究了周期激励在随机减量技术中的影响[3]，但是没有提到如

收稿日期：2011-11-09；修改日期：2012-02-14

作者简介：邓先来，男，(1984-)，河南周口人，硕士研究生，主要研究方向：机械振动系统的分析、测试及控制。

E-mail：xian-lai@https://www.360docs.net/doc/c47014786.html, 何识别响应中的周期成分。N.J.Jacobsen等应用数理统计理论研究了运行模态中周期激励的识别方法[1]，但其识别前提是要把所有模态成分分离出来，方法具有一定的局限性。针对以上研究成果的不足，本文提出了一种新的识别方法：通过提取能量占优的模态幅值曲线，可以直观的辨别出响应信息中的谐波模态成分和结构模态成分。之后，文章研究了周期成分的存在对参数辨识结果的影响。为了剔除响应信号中周期成分，提高参数辨识精度，根据响应信号的特征构造了一种无相移数字滤波器[4]来对该时域信号进行处理，结果表明该方法能够消除周期激励影响，这对于提高运行模态辨识精度，具有一定的使用及参考价值。

1周期激励的影响

假设随机激励信号F(t)只包含白噪声激励S(t)