基于ERA方法的通信铁塔动态参数测试.pdf

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1、《仪器仪表与分析监测》2016年第1期基于ERA方法的通信铁塔动态参数测试DynamicParameterTestofCommunicationTowerbasedonEigensystemRealzaionAlgorthm张朋波杜文曩高永强闫佳麟(保定泰尔通信设备抗震研究所，河北保定071000)[摘要】动态参数是铁塔设计的一个重要指标，明确动态参数有助于铁塔的后期维护以及后续设计。准确测试铁塔的动态性能能够确保结构得到及时的维护并延长铁塔的服役期限。制定了铁塔的动态参数测试方案并选择特征系统实现方法作为模态分析

2、方法。基于ERA方法，在环境激励下按照测试方案测试通信铁塔的动态参数，达到了预期的效果。【关键词】ERA；通信铁塔；动力特性；模态分析【中图分类号】TU347【文献标识码】B引言通信铁塔是通信基站的重要组成部分，通过将通信天线架高，增强天线发射、接收信号的能力。通信铁塔的安全运行对通信网络的安全性有重要影响，因此对通信铁塔进行监测有4结论通过有限元分析固井橇架在不同工况下的设备受力形变及支反力情况，可得到以下结论：1)设备安装在平台上后，在几种较为恶劣的工况下，固井橇的整体结构的强度安全可靠，能够满足在恶劣工况下正

3、常作业的要求：2)设备安装在平台上，其结构相对比较稳定，能够保证橇架各部件的正常工作；3)不同工况下的橇体与平台安装点的支反力能为平台设计人员提供参考，固井橇体安装在布一20一重要意义。动态参数测试是大型结构监测的一种常用方法。特征系统实现方法(EigensystemRealizationAlgorithm，ERA)是一种基于多输入多输出的时域模态识别方法。最早由NASA的Langley研究中心提出[2,31。置时，也能根据该支反力分析结果，合理选择平台上的安装区域，提高平台固井区域的稳定性。参考文献：【1】陈明贵

4、，冯克研，等．弯桥支座反力的分析与研究【J]．桥梁工程，2012，2(30)【2】马晓明，姚振强．大跨度门式刚架结构的有限元分析【J】．机械设计与研究，2008，24(6)：72～74，88[3】张迎滨，朱壮瑞，张建润，等．轻型客车车身侧围有限元建模方法研究【J]．精密制造与自动化，2004，1：26～27，61【4】赵峰．海洋平台及设备可靠性的评价与监测【J】．石油机械，2000，11(11)：53．55基于ERA方法的通信铁塔动态参数测试张朋波，等1ERA方法简介ERA方法是一种基于振动系统的状态方程的模态分析

5、方法。给定系统首先用状态方程表示，通过对系统的输入输出分析，得到系统的状态参数。然而满足指定输入输出的系统不是唯一的，通过要求系统是最小实现的，从而极大地减少了满足要求的系统个数。同时可以证明，这些不唯一的实现系统具有相同的系统特征值，因此获得的系统特征频率也是一致的。ERA算法的实现简介如下。系统的振动方程表示为【州：埘+Cq+翰=f(q，f)=B，u(t)(1)其中，M、C、K分别代表系统的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；研为输入分配矩阵。将该方程变为状态方程为：f量=Ax+Bu1Y：Cx(2)其中，x=[；]；

6、系统矩阵彳=[一0。K一二。c]；厂0]控制矩阵B2lM-1毋j；C为测量矩阵。由公式(2)可知，在系统未发生变化，即质量矩阵、阻尼矩阵、刚度矩阵没有发生变化的情况下，系统矩阵和控制矩阵为一组常数矩阵，因此可得一组常微分方程组。由初始条件积分可得：x(f)=P州。¨+∥“。’曰甜(f)如，f≥气(3)如果采用等间隔采样，再加之零阶保持器在一个采样间隔内采样值不变的特性，可得下式：虹(七+1)丁]=emx(打)+p5dsB“(灯)(4)因此可得系统离散时刻的脉冲响应矩阵，如公式(5)所示：办(0)=CB，向(f)=C

7、AB，⋯，h(kT)=CA。B(5)因此得到系统的Hankel矩阵：H(k)=向(七)h(k+1)⋯h(k+S)h(k+1)h(k+2)⋯h(k+S+1)：‘．：h(k+，．)h(k+r+1)⋯h(k+，．+S)(6)将日(O)做奇异值分解，选取前r个最大奇异值对系统进行缩减，最终可得系统的脉冲响应函数为：向(七)=ISP，．Dfm[巧⋯P，7H(1)QD-“2]。研⋯grI。(7)其中，Pr、Qr为正交矩阵中对应前r个最大奇异值的SVD分解的列；Dr为r个最大奇异值组成的对角矩阵；Ip为p阶单位矩阵；P为输人向量

8、的维数。由此可知，系统的最小实现为公式(8)：A=D，-¨2P日(1)QD／¨2曰=历“2纠TL(8)C=Irp历¨2通过ERA方法进行系统实现，就可以系统实现求解系统的模态参数，从而对系统矩阵A直接进行特征分解，得到动力学系统的固有频率和阻尼比。2通信铁塔概况本次测试选取武汉某地区的三管塔为实验对象，见图1。塔高40m，塔底根开3m，底部通过三个法兰安装在