本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備減振降噪領(lǐng)域，具體涉及一種基于串?dāng)_削減技術(shù)的運(yùn)行工況傳遞路徑分析方法。
背景技術(shù)：
：水下航行器的聲隱身性能是衡量其安全性和作戰(zhàn)能力的重要指標(biāo)；轎車和高速列車的振動(dòng)噪聲是評(píng)價(jià)車輛性能的重要指標(biāo)。因此，機(jī)械設(shè)備振動(dòng)噪聲的有效監(jiān)測(cè)與控制對(duì)于提高裝備性能具有重要工程意義。通過(guò)施加阻尼材料或者吸聲材料控制振動(dòng)或者噪聲的傳遞路徑是減振降噪中的一種十分有效的方法，其中振動(dòng)或噪聲傳遞路徑的識(shí)別是問(wèn)題的關(guān)鍵，目前常采用傳遞路徑分析(tpa)或者運(yùn)行工況傳遞路徑分析(otpa)的方法來(lái)識(shí)別振動(dòng)或噪聲傳遞路徑，而傳統(tǒng)的傳遞路徑分析方法由于其復(fù)雜的頻響函數(shù)測(cè)試以及載荷識(shí)別過(guò)程導(dǎo)致在工程實(shí)際中難以快速有效的識(shí)別傳遞路徑，運(yùn)行工況傳遞路徑分析方法是近年來(lái)出現(xiàn)的一種傳遞路徑快速分析方法，該方法利用試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)識(shí)別傳遞利率函數(shù)矩陣，并將其用于實(shí)際工況數(shù)據(jù)，從而得到傳遞路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果，該方法簡(jiǎn)單快捷，被廣泛運(yùn)用于工程實(shí)際中。然而在otpa方法實(shí)施過(guò)程中，振動(dòng)源之間往往存在嚴(yán)重的交叉耦合，使得測(cè)量得到的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)相互串?dāng)_，不能準(zhǔn)確地反映振動(dòng)源的特征，使得otpa計(jì)算得到的路徑貢獻(xiàn)量存在較大的誤差。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種基于串?dāng)_削減技術(shù)的運(yùn)行工況傳遞路徑分析方法，能夠消除傳統(tǒng)運(yùn)行工況傳遞路徑分析方法中參考點(diǎn)信號(hào)之間的相互串?dāng)_問(wèn)題，提高了傳遞路徑貢獻(xiàn)量計(jì)算分析精度。為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為，包括以下步驟：1)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)選取臨近激勵(lì)點(diǎn)位置作為參考點(diǎn)，待分析位置作為目標(biāo)點(diǎn)；2)依次激勵(lì)各個(gè)激勵(lì)點(diǎn)位置，測(cè)量激勵(lì)時(shí)各個(gè)參考點(diǎn)處響應(yīng)信號(hào)；3)對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行小波包閾值降噪，并采用welch法估計(jì)其自功率譜密度函數(shù)以及互功率譜密度函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)h1方法公式求得各個(gè)參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)，根據(jù)參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)和參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)構(gòu)造串?dāng)_削減模型；4)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)置若干種試驗(yàn)工況，開(kāi)機(jī)使待分析機(jī)械系統(tǒng)在每一種試驗(yàn)工況下運(yùn)行，并測(cè)量每一種試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)，得到所有試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)；5)將試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)信號(hào)和參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)代入串?dāng)_削減模型，采用截?cái)嗥娈愔捣纸夥椒ㄇ蠼獯當(dāng)_削減模型方程，得到試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)；6)根據(jù)試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)建立otpa線性系統(tǒng)方程并進(jìn)行求解，得到傳遞率函數(shù)矩陣；7)使待分析機(jī)械系統(tǒng)在實(shí)際工況下運(yùn)行，并測(cè)量在實(shí)際工況下參考點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)；8)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)代入串?dāng)_削減模型，采用截?cái)嗥娈愔捣纸夥椒ㄇ蠼獯當(dāng)_削減模型方程，得到實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)；9)將步驟8)得到的實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)與步驟6)的傳遞率函數(shù)矩陣進(jìn)行相乘，得到不同傳遞路徑貢獻(xiàn)量，對(duì)不同傳遞路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行排序后得到各個(gè)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量占比，完成運(yùn)行工況傳遞路徑分析。所述步驟2)、步驟4)和步驟7)中采用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量響應(yīng)信號(hào)。所述步驟4)中試驗(yàn)工況的種類數(shù)量大于參考點(diǎn)數(shù)量。所述串?dāng)_削減模型為：式中，hij為參考點(diǎn)i到參考點(diǎn)j的傳遞率函數(shù)，a為系數(shù)矩陣，s為待求解的串?dāng)_削減后的信號(hào)矩陣，x為參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣，n為參考點(diǎn)數(shù)量。所述步驟5)和步驟8)串?dāng)_削減模型方程求解過(guò)程為：首先對(duì)方程系數(shù)矩陣a進(jìn)行奇異值分解，得到奇異值分解結(jié)果為：式中，ur為正交列向量，vr為正交行向量，∑r為對(duì)角矩陣，為奇異值，l為矩陣的秩；然后根據(jù)串?dāng)_削減模型方程，變形得到公式：s＝a+x，式中a+為系數(shù)矩陣的偽逆，將系數(shù)矩陣奇異值分解結(jié)果代入公式s＝a+x中，得到串?dāng)_削減信號(hào)結(jié)果：式中，st(ω)為串?dāng)_削減信號(hào)矩陣，為過(guò)濾因子，ω為頻率，k為截?cái)嘞禂?shù)。所述步驟6)中根據(jù)試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)構(gòu)建otpa線性系統(tǒng)方程，otpa線性系統(tǒng)方程為：式中，t為待求傳遞率函數(shù)矩陣，s為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣，y為試驗(yàn)工況下目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣，m為參考點(diǎn)個(gè)數(shù)，n為目標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)，r為試驗(yàn)工況種類數(shù)量，s為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)，y為試驗(yàn)工況下目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)。所述otpa線性系統(tǒng)方程的求解過(guò)程為：首先對(duì)試驗(yàn)工況下分離信號(hào)矩陣s進(jìn)行奇異值分解，得到奇異值分解結(jié)果為：式中u為正交列向量，u＝[u1,u2,...um]∈rm×m；v為正交行向量，v＝[v1,v2,...vn]∈rn×n；∑為對(duì)角矩陣，∑＝diag[σ1,σ2,...σn]∈rm×n；σj為奇異值，σ1≥σ2≥,...σl≥σl+1＝,...,＝σn＝0，l為矩陣a∈rm×n(m≥n)的秩；然后根據(jù)otpa線性系統(tǒng)方程，變形得到公式：t＝s+y，式中s+為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣s的偽逆；將試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣s奇異值分解結(jié)果代入公式t＝s+y中，得到傳遞率函數(shù)矩陣結(jié)果：式中為傳遞率函數(shù)矩陣，φj為過(guò)濾因子，ω為頻率。所述過(guò)濾因子φj的計(jì)算公式為：λ為正則化參數(shù)。所述正則化參數(shù)λ采用l曲線法確定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況并測(cè)量試驗(yàn)工況數(shù)據(jù)，使用參考點(diǎn)之間傳遞率函數(shù)和參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)構(gòu)造串?dāng)_削減模型，通過(guò)截?cái)嗥娈愔捣纸馑惴ǖ玫矫恳环N工況下的串?dāng)_削減信號(hào)，根據(jù)試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)建立otpa線性系統(tǒng)方程，運(yùn)用阻尼奇異值分解算法求解病態(tài)方程，得到傳遞率函數(shù)矩陣，然后測(cè)量實(shí)際工況下待分析機(jī)械系統(tǒng)的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)，根據(jù)串?dāng)_削減模型得到實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)，并將實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)與識(shí)別出的傳遞率函數(shù)矩陣相乘，得到傳遞路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果，對(duì)不同路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行排序，得到各個(gè)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量占比，完成運(yùn)行工況傳遞路徑分析，本發(fā)明方法克服了傳統(tǒng)運(yùn)行工況傳遞路徑分析中振動(dòng)源之間相互串?dāng)_帶來(lái)的誤差問(wèn)題，提高了傳遞路徑貢獻(xiàn)量計(jì)算精度。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)臺(tái)布置圖；圖2a為實(shí)施例中從參考點(diǎn)a到參考點(diǎn)b的傳遞率函數(shù)圖，圖2b為實(shí)施例中從參考點(diǎn)b到參考點(diǎn)a的傳遞率函數(shù)圖；圖3a為傳統(tǒng)方法計(jì)算的振源a路徑貢獻(xiàn)量；圖3b為本發(fā)明方法計(jì)算的振源a路徑貢獻(xiàn)量；圖3c為振源a路徑貢獻(xiàn)量理論值；圖3d為傳統(tǒng)方法計(jì)算的振源b路徑貢獻(xiàn)量；圖3e本發(fā)明方法計(jì)算的振源b路徑貢獻(xiàn)量；圖3f為振源b路徑貢獻(xiàn)量理論值。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體的實(shí)施例和說(shuō)明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。本發(fā)明具體包括以下步驟：1)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)選取臨近激勵(lì)點(diǎn)位置作為參考點(diǎn)，待分析位置作為目標(biāo)點(diǎn)；2)依次激勵(lì)各個(gè)激勵(lì)點(diǎn)位置，利用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量激勵(lì)時(shí)各個(gè)參考點(diǎn)處響應(yīng)信號(hào)；3)對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行小波包閾值降噪，并采用welch法估計(jì)其自功率譜密度函數(shù)以及互功率譜密度函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)h1方法公式求得各個(gè)參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)，根據(jù)參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)和參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)構(gòu)造串?dāng)_削減模型；4)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)置若干種試驗(yàn)工況，試驗(yàn)工況數(shù)量大于參考點(diǎn)數(shù)量，開(kāi)機(jī)使待分析機(jī)械系統(tǒng)在每一種試驗(yàn)工況下運(yùn)行，并利用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量每一種試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)，得到所有試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)；5)將試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)信號(hào)和參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)代入串?dāng)_削減模型，串?dāng)_削減模型為：式中，hij為參考點(diǎn)i到參考點(diǎn)j的傳遞率函數(shù)，s為待求解的串?dāng)_削減后的信號(hào)矩陣，x為參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣，n為參考點(diǎn)數(shù)量；采用截?cái)嗥娈愔捣纸夥椒ㄇ蠼獯當(dāng)_削減模型方程，串?dāng)_削減模型方程求解過(guò)程為：首先對(duì)方程系數(shù)矩陣a進(jìn)行奇異值分解，得到奇異值分解結(jié)果為：式中，ur為正交列向量，vr為正交行向量，∑r為對(duì)角矩陣，為奇異值，l為矩陣的秩；然后根據(jù)串?dāng)_削減模型方程，變形得到公式：s＝a+x，式中a+為系數(shù)矩陣的偽逆，將系數(shù)矩陣奇異值分解結(jié)果代入公式s＝a+x中，得到串?dāng)_削減信號(hào)結(jié)果：式中st(ω)為串?dāng)_削減信號(hào)矩陣，為過(guò)濾因子，ω為頻率，k為截?cái)嘞禂?shù)；6)根據(jù)試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)建立otpa線性系統(tǒng)方程并進(jìn)行求解，得到傳遞率函數(shù)矩陣，otpa線性系統(tǒng)方程為：式中，t為待求傳遞率函數(shù)矩陣，s為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣，y為試驗(yàn)工況下目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣，m為參考點(diǎn)個(gè)數(shù)，n為目標(biāo)點(diǎn)個(gè)數(shù)，r為試驗(yàn)工況種類數(shù)量，s為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)，y為試驗(yàn)工況下目標(biāo)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)；otpa線性系統(tǒng)方程的求解過(guò)程為：首先對(duì)試驗(yàn)工況下分離信號(hào)矩陣s進(jìn)行奇異值分解，得到奇異值分解結(jié)果為：式中u為正交列向量，u＝[u1,u2,...um]∈rm×m；v為正交行向量，v＝[v1,v2,...vn]∈rn×n；∑為對(duì)角矩陣，∑＝diag[σ1,σ2,...σn]∈rm×n；σj為奇異值，σ1≥σ2≥,...σl≥σl+1＝,...,＝σn＝0，l為矩陣a∈rm×n(m≥n)的秩；然后根據(jù)otpa線性系統(tǒng)方程，變形得到公式：t＝s+y，式中s+為試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣s的偽逆；將試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)矩陣s奇異值分解結(jié)果代入公式t＝s+y中，得到傳遞率函數(shù)矩陣結(jié)果：式中為傳遞率函數(shù)矩陣，φj為過(guò)濾因子，ω為頻率。過(guò)濾因子φj的計(jì)算公式為：λ為正則化參數(shù)，正則化參數(shù)λ采用l曲線法確定；7)使待分析機(jī)械系統(tǒng)在實(shí)際工況下運(yùn)行，并利用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量在實(shí)際工況下參考點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)；8)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)代入串?dāng)_削減模型，采用截?cái)嗥娈愔捣纸夥椒ㄇ蠼獯當(dāng)_削減模型方程，得到實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)；9)將步驟8)得到的實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)與步驟6)的傳遞率函數(shù)矩陣進(jìn)行相乘，得到不同傳遞路徑貢獻(xiàn)量，對(duì)不同傳遞路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行排序后得到各個(gè)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量占比，完成運(yùn)行工況傳遞路徑分析。參見(jiàn)圖1，為試驗(yàn)臺(tái)布置圖，將一大一小兩臺(tái)安裝有偏心塊的電機(jī)作為振源，分別記為振源a和振源b，相應(yīng)參考點(diǎn)分別為點(diǎn)a和點(diǎn)b，目標(biāo)點(diǎn)記為點(diǎn)t，振源a和振源b到目標(biāo)點(diǎn)的路徑分別記為路徑1和路徑2，相應(yīng)位置關(guān)系如圖1所示，點(diǎn)a和點(diǎn)b分別位于板殼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)的平板兩對(duì)角位置，距離約為0.5m，點(diǎn)a和點(diǎn)a間距離0.05m，點(diǎn)b和點(diǎn)b間距離0.05m，振源與目標(biāo)點(diǎn)t之間距離約為1m。實(shí)施例的具體步驟為：1)依次激勵(lì)各個(gè)激勵(lì)點(diǎn)位置，測(cè)量激勵(lì)時(shí)各個(gè)參考點(diǎn)處響應(yīng)信號(hào)，用來(lái)求解參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)。2)對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行小波包閾值降噪，并采用welch法估計(jì)其自功率譜密度函數(shù)以及互功率譜密度函數(shù)，進(jìn)而根據(jù)h1方法公式求得各個(gè)參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)，從參考點(diǎn)a到參考點(diǎn)b的傳遞率函數(shù)如圖2a所示，從參考點(diǎn)b到參考點(diǎn)a的傳遞率函數(shù)如圖2b所示；3)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況，通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速得到4種相互獨(dú)立的試驗(yàn)工況，如下表所示；4)采用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量每一種試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)；5)根據(jù)每一種試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)與上述參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)構(gòu)造串?dāng)_削減模型，并采用截?cái)嗥娈愔捣纸馑惴ㄇ蟮妹恳环N工況下的串?dāng)_削減信號(hào)；6)采用試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)和試驗(yàn)工況下的串?dāng)_削減信號(hào)分別和目標(biāo)點(diǎn)的響應(yīng)信號(hào)建立otpa線性系統(tǒng)方程并進(jìn)行求解，得到傳統(tǒng)方法與本發(fā)明方法的傳遞率函數(shù)矩陣；7)測(cè)量實(shí)際工況下待分析機(jī)械系統(tǒng)的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)，實(shí)際工況下振源轉(zhuǎn)頻如下表所示；振源a轉(zhuǎn)速(hz)振源b轉(zhuǎn)速(hz)實(shí)際工況14.1713.968)估計(jì)實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)和參考點(diǎn)之間的傳遞率函數(shù)構(gòu)造串?dāng)_削減模型，并采用截?cái)嗥娈愔捣纸馑惴ㄇ蟮脤?shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)；9)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)與步驟6)中采用試驗(yàn)工況下參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)識(shí)別出的傳遞率函數(shù)矩陣相乘得到傳統(tǒng)方法的傳遞路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果；將實(shí)際工況下的串?dāng)_削減信號(hào)與步驟6)中采用試驗(yàn)工況下串?dāng)_削減信號(hào)識(shí)別出的傳遞率函數(shù)矩陣相乘得到本發(fā)明方法的傳遞路徑貢獻(xiàn)量結(jié)果。對(duì)不同傳遞路徑貢獻(xiàn)量進(jìn)行排序后得到各個(gè)傳遞路徑的貢獻(xiàn)量占比，完成運(yùn)行工況傳遞路徑分析。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定本發(fā)明中截?cái)嘞禂?shù)k為2，利用l曲線準(zhǔn)則確定本發(fā)明中的正則化參數(shù)為0.001，得到如圖3a～3f所示路徑貢獻(xiàn)量分析結(jié)果。取頻譜中峰值為對(duì)應(yīng)路徑貢獻(xiàn)量。圖3a為采用傳統(tǒng)方法得到的路徑1貢獻(xiàn)量結(jié)果，圖3b為采用本發(fā)明方法得到的路徑1貢獻(xiàn)量結(jié)果，圖3c為實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)開(kāi)啟振源a時(shí)在目標(biāo)點(diǎn)處測(cè)量得到的路徑1貢獻(xiàn)量理論值，圖3d，3e，3f分別為采用傳統(tǒng)方法得到的路徑2貢獻(xiàn)量結(jié)果，采用本發(fā)明方法得到的路徑2貢獻(xiàn)量結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)開(kāi)啟振源b時(shí)在目標(biāo)點(diǎn)處測(cè)量得到的路徑2貢獻(xiàn)量理論值。將采用傳統(tǒng)方法得到的結(jié)果與理論值相減并除以理論值得到傳統(tǒng)方法路徑貢獻(xiàn)量相對(duì)誤差，將采用本發(fā)明方法得到的結(jié)果與理論值相減并除以理論值得到本發(fā)明方法路徑貢獻(xiàn)量相對(duì)誤差，如下表所示：可見(jiàn)，本發(fā)明基于串?dāng)_削減技術(shù)的運(yùn)行工況傳遞路徑分析方法與傳統(tǒng)方法相比，能夠大幅度的降低串?dāng)_影響，降低傳遞路徑貢獻(xiàn)量誤差，在提高傳遞路徑分析精度方面具有較好的效果。當(dāng)前第1頁(yè)12