基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用

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1、基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用(申请上海交通大学工学博士学位论文)博士生：马超指导老师：华宏星教授专业：机械设计及理论研究方向：载荷识别学院：机械与动力工程学院上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室二零一五年五月DYNAMICFORCEIDENTIFICATIONTECHNIQUEBASEDONTHEREGULARIZATIONMETHODANDAPPLICATION(ApplyforPh.DofShanghaiJiaoTongUniversity)PH.DCANDIDATEMACHAOSUPERVISORPROF.HUAHONGXIN

2、GMAJORMECHANICALTHEORYANDDESIGNRESEARCHAREAFORCEIDENTIFICATIONDEPARTMENTSCHOOLOFMECHANICALENGINEERINGStateKeyLabofMechanicalSystemandVibrationShanghaiJiaoTongUniversityMay.2015上海交通大学学位论文原削性声明：本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写

3、过的作品成果。对本文。的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中Ｗ明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名日期：年女月文＾曰上海交通大学学位论文販权使用授权书、本学位论文作者完全了解学校有关保留使用学位论文的规定，－同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可Ｗ将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可１＾＾采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在解密后适用本授权书。＾年本

4、学位论文属于不保澄田＾＂＂（请在ｔｕ上方框内打Ｖ）学位论文作者签名指导教师签名：琴矣争。／曰期；三［Ｔ年ｊＴ月＾知日期：＞总厂月＾＾基于正则化方法的动载荷识别技术研究及应用摘要动载荷的确定在系统的故障诊断、参数识别和振动控制等方面起着关键的作用。另外，在船舶领域，螺旋桨所受的流体激励力，是船舶设计、生产试验中最重要的参数之一，如何有效的获知该激励力已成为一项关键问题。因此，基于以上背景，对动态载荷识别技术的研究就显得很有意义。本文提出了对冲击载荷、周期载荷和随机载荷三类载荷的识别办法。针对识别过程中的不适定性，提出采用正则化技

5、术进行处理。为了将载荷识别技术用之于工程，文中对实际船舶螺旋桨纵向推力进行了识别，且对识别结果进行了讨论。本文的主要研究工作如下：1、提出了对状态空间载荷的识别技术,将周期载荷和随机载荷的识别模型统一为一个识别模型。针对载荷识别问题的不适定性，提出采用了正则化技术来处理该问题，且在识别中对各种正则化参数确定准则进行了数值对比研究。接着，对空气中的桨-轴-艇耦合系统的纵向激励力的识别进行了试验研究。2、文中将识别技术引入到了对船舶螺旋桨纵向推力的识别研究中，对实际试验船舶螺旋桨的纵向推力进行了识别，并对结果进行了分析，并在数值仿真实验中对推力识别过程

6、中的若干问题进行了讨论。3、在实际情况下，由于载荷识别中形成结构求逆矩阵所需的数据往往无法测量得到，因此常借助有限元模型来获取。针对构建的有限元模型相对于实测结构不够精确的问题，文中提出采用优化方法对有限元模型进行修正的技术，并对螺旋桨-轴系系统进行了数值仿真修正研究，为提高螺旋桨纵向推力的识别精度奠定了基础。最后在不锈钢梁上对该修正方法进行了试验验证，检验了其可靠性。4、根据冲击载荷和响应之间的卷积积分关系，文中提出将卷积积分关系离散化，建立了一种时域冲击载荷识别模型。为了解决冲击载荷识别过程中的不适定性，文中提出采用一种新的正则化算子来处理。通

7、过数值仿真和试验的方法研究了识别方法的有效性，并将识别结果与基于传统的正则化法的识别结果进行了对比研究。5、在频域内提出了一种对非线性系统的动态载荷识别技术。由于识别过程中，非线性系统参数是未知的，文中先采用子空间识别技术对系统进行了辨识，接着利用辨识出的系统参数构建识别模型，最后利用识别模型和响应数据对载荷进行识别。为了验证方法的有效性，文中分析研究了作用于单自由度和多自由度非线性系统上的载荷识别效果。最后，文中对载荷识别技术的研究工作进行了总结，并进一步指出了将来研究工作的重点。关键词：载荷识别；冲击载荷；确定性载荷；随机载荷；不适定性；正则化

8、技术；系统识别DYNAMICFORCEIDENTIFICATIONTECHNIQUEBASEDONREGULARIZATI