本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)備減振降噪領(lǐng)域，具體涉及一種基于盲源分離技術(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)施過程中，振動(dòng)源之間的相互串?dāng)_使得測(cè)量得到的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)為各個(gè)振動(dòng)源信號(hào)相混合的結(jié)果，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)中的問題，本發(fā)明公開了一種基于盲源分離技術(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振動(dòng)源之間的相互串?dāng)_問題，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)設(shè)置若干種試驗(yàn)工況，選取臨近振源的位置作為參考點(diǎn)，待分析位置為目標(biāo)點(diǎn)；2)開機(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)；3)將每一種試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為輸入信號(hào)，采用盲源分離工具箱對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到每一種試驗(yàn)工況下的分離信號(hào)；4)根據(jù)試驗(yàn)工況下的分離信號(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；5)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)；6)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為輸入信號(hào)，采用盲源分離工具箱對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到實(shí)際工況下的分離信號(hào)；7)將步驟6)得到的實(shí)際工況下的分離信號(hào)與步驟4)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1)中試驗(yàn)工況的種類數(shù)量大于參考點(diǎn)數(shù)量。所述步驟2)和步驟5)中采用振動(dòng)加速度傳感器測(cè)量響應(yīng)信號(hào)。所述的盲源分離處理具體過程如下：首先將每一種工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)寫成參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣矩陣的每一行為一個(gè)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)，將參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣輸入到盲源分離工具箱中，進(jìn)行計(jì)算得到每一種工況下的初始分離信號(hào)矩陣并進(jìn)行快速傅里葉變換得到每一種工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜矩陣和初始分離信號(hào)頻譜矩陣然后根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)將每一種工況下的每一個(gè)初始分離信號(hào)與每一個(gè)振動(dòng)源相對(duì)應(yīng)起來，從而將每一個(gè)初始分離信號(hào)頻譜與每一個(gè)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜Xij對(duì)應(yīng)起來，將和Xij相對(duì)照，取其中某一個(gè)未受到串?dāng)_影響的頻率成分，對(duì)初始分離信號(hào)頻譜進(jìn)行幅值修正，初始分離信號(hào)頻譜對(duì)應(yīng)頻率成分的幅值為對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜對(duì)應(yīng)頻率成分的幅值為Xij(ω)，為比例因子，將初始分離信號(hào)頻譜全頻段幅值乘以比例因子得到分離信號(hào)所述步驟4)中根據(jù)試驗(yàn)工況下的分離信號(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)工況下分離信號(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)工況下分離信號(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；Σ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)工況下分離信號(hào)矩陣S的偽逆；將試驗(yàn)工況下分離信號(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為過濾因子，ω為頻率。所述過濾因子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)，使用盲源分離工具箱，對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到每一種工況下的分離信號(hào)，根據(jù)試驗(yàn)工況下的分離信號(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)，使用盲源分離工具箱，對(duì)實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到實(shí)際工況下的分離信號(hào)，并將實(shí)際工況下的分離信號(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)_帶來的誤差問題，提高了傳遞路徑貢獻(xiàn)量計(jì)算精度。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例的試驗(yàn)臺(tái)布置圖；圖2a為傳統(tǒng)方法計(jì)算的振源A路徑貢獻(xiàn)量；圖2b為本發(fā)明方法計(jì)算的振源A路徑貢獻(xiàn)量；圖2c為振源A路徑貢獻(xiàn)量理論值；圖2d為傳統(tǒng)方法計(jì)算的振源B路徑貢獻(xiàn)量；圖2e本發(fā)明方法計(jì)算的振源B路徑貢獻(xiàn)量；圖2f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)施例和說明書附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。本發(fā)明具體包括以下步驟：1)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)置若干種試驗(yàn)工況，選取臨近振源的位置作為參考點(diǎn)，待分析位置為目標(biāo)點(diǎn)，試驗(yàn)工況的種類數(shù)量大于參考點(diǎn)數(shù)量；2)開機(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)，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)；3)將每一種試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為盲源分離技術(shù)的輸入信號(hào)，使用盲源分離工具箱，對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到每一種工況下的分離信號(hào)；盲源分離處理具體過程如下：首先將每一種工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)寫成參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣矩陣的每一行為一個(gè)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)，將該參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)矩陣輸入到盲源分離工具箱中，進(jìn)行計(jì)算得到每一種工況下的初始分離信號(hào)矩陣并進(jìn)行快速傅里葉變換得到每一種工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜矩陣和初始分離信號(hào)頻譜矩陣然后根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)將每一種工況下的每一個(gè)初始分離信號(hào)與每一個(gè)振動(dòng)源相對(duì)應(yīng)起來，從而將每一個(gè)初始分離信號(hào)頻譜與每一個(gè)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜Xij對(duì)應(yīng)起來，將和Xij相對(duì)照，取其中某一個(gè)未受到串?dāng)_影響的頻率成分，對(duì)初始分離信號(hào)頻譜進(jìn)行幅值修正，例如取ωHz頻率成分，初始分離信號(hào)頻譜對(duì)應(yīng)該頻率成分的幅值為對(duì)應(yīng)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)頻譜對(duì)應(yīng)該頻率成分的幅值為Xij(ω)，為比例因子，將初始分離信號(hào)頻譜全頻段幅值乘以該比例因子得到分離信號(hào)4)根據(jù)試驗(yàn)工況下的分離信號(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)工況下分離信號(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)工況下分離信號(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；Σ為對(duì)角矩陣，Σ＝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)工況下分離信號(hào)矩陣S的偽逆；將試驗(yàn)工況下分離信號(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，ω為頻率，φj為過濾因子，過濾因子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；5)使待分析機(jī)械系統(tǒng)在實(shí)際工況下運(yùn)行，并采用振動(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)；6)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為盲源分離技術(shù)的輸入信號(hào)，使用盲源分離工具箱，對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到實(shí)際工況下的分離信號(hào)。7)將步驟6)得到的實(shí)際工況下的分離信號(hào)與步驟4)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。參見圖1，為試驗(yàn)臺(tái)布置圖，將兩臺(tái)安裝有偏心塊的電機(jī)作為振源，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，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)對(duì)待分析機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)試驗(yàn)工況，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速得到5種相互獨(dú)立的試驗(yàn)工況，如下表所示；振源A轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)振源B轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)工況1358468工況2678968工況3824648工況41174960工況5125610342)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)；3)將每一種試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為盲源分離技術(shù)的輸入信號(hào)，使用盲源分離工具箱，對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到每一種工況下的分離信號(hào)；4)采用試驗(yàn)工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)和試驗(yàn)工況下的分離信號(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，得到兩種方法的傳遞率函數(shù)矩陣；5)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)速如下表所示；振源A轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)振源B轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分鐘)實(shí)際工況5407446)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)作為盲源分離技術(shù)的輸入信號(hào)，使用盲源分離工具箱，對(duì)參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行盲源分離處理，得到實(shí)際工況下的分離信號(hào)；7)將實(shí)際工況下的參考點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)與步驟4)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)際工況下的分離信號(hào)與步驟4)中采用試驗(yàn)工況下分離信號(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。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2a～2f所示路徑貢獻(xiàn)量分析結(jié)果。其中，圖2a，2b，2c中12.4Hz為振源A頻率，取該頻率處幅值作為A振源路徑貢獻(xiàn)量，圖2a為采用傳統(tǒng)方法得到的結(jié)果，圖2b為采用本發(fā)明方法得到的結(jié)果，圖2c為實(shí)驗(yàn)中在目標(biāo)點(diǎn)處測(cè)量得到的路徑貢獻(xiàn)量理論值，圖2d，2e，2f中9.0Hz為振源B頻率，取該頻率處幅值作為B振源路徑貢獻(xiàn)量同理，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，基于盲源分離技術(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1 2 3