CN108020741B - 一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法及装置，本发明通过获取原始双频谐波冲击衰减信号的包络线，并基于包络线的峰值点和峰谷点所构成的曲线分别对应着两个谐波分量指数衰减量的和值与差值的原理，由此倒推求得两个谐波分量指数衰减量随时间变化情况，并通过最小二乘法，计算出双频谐波冲击衰减信号中各个谐波分量的阻尼特征系数，解决了现有的冲击衰减信号阻尼特征提取技术只能处理单频信号，对加装了TMD后产生的双频谐波信号的包络曲线处理效果不理想，进而导致了双频谐波冲击衰减信号阻尼特性系数识别困难的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法及装置。
背景技术
在阵风等外界激励的作用下，输电塔振动响应信号中通常包括有很多频率分量，对应着不同阶的模态频率，其中一阶频率是引起结构动力反应的主要原因，为了减小阵风激励下输电塔的动力响应，提高输电塔的安全性，当前大部分输电塔上都会采用安装动力吸振器(Tuned Mass Damper，TMD)的方式减小一阶频率振动信号。加装动力吸振器TMD后，输电塔原低阶模态频率点消失，但在该低阶模态频率点的两侧出现了与之相对应的两个新的频率点。输电塔加装动力吸振器后，阵风激励下输电塔振动响应信号中包括有与这两个新的频率点相对应的谐波分量。这两个低频谐波分量都呈现振荡衰减特征，而且频率相距较近。与单频冲击衰减响应信号相比，双频冲击响应信号复杂，阻尼特征比较难识别。为了评估TMD的性能，必须要对这两个频率分量相对应的谐波分量的阻尼特性进行研究。
目前识别冲击衰减信号阻尼特征的方法主要有对数衰减率法和包络分析法，但是现有的冲击衰减信号阻尼特征识别技术只能处理单频信号，对加装了TMD后产生的双频谐波信号的包络曲线处理效果不理想，进而导致了双频谐波冲击衰减信号阻尼特性系数识别困难。
因此，提供一种新的谐波衰减信号阻尼特征识别方法用于识别双频谐波衰减信号的阻尼特征成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，用于解决现有的冲击衰减信号阻尼特征提取技术只能处理单频信号，对加装了TMD后产生的双频谐波信号的包络曲线处理效果不理想，进而导致了双频谐波冲击衰减信号阻尼特性系数识别困难的技术问题。
本发明提供了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，包括：
S1：对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线；
S2：提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；
S3：根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；
S4：通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
优选地，步骤S4之后还包括：
S5：获取原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号；
S6：分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
优选地，步骤S2具体包括：
S21：提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]，其中，第一采样时间区间[t5,t6]的计算方式为：
S22：判断第一采样时间区间内的峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则获取峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后执行步骤S24，若不存在拐点，则执行步骤S23；
S23：分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线；
S24：分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔差值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
优选地，步骤S3具体包括：
S31：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，其中，第一谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第一谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线；
S32：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量，其中，第二谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第二谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线。
优选地，步骤S5具体包括：
S51：获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，其中，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，y10(t)为第一双频冲击衰减信号，y11(t)为第二双频冲击衰减信号，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，A1为第一谐波幅值系数，A2为第二谐波幅值系数，ξ1为第一谐波阻尼系数，ξ2为第二谐波阻尼系数。
本发明提供了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，包括：
信号获取单元，用于对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线；
信号处理单元，用于提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；
衰减量计算单元，用于根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；
阻尼特性计算单元，用于通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
优选地，还包括：
信号解析单元，用于获取原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号；
信号比对单元，用于分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
优选地，信号处理单元具体包括：
包络采样子单元，用于提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]，其中，第一采样时间区间[t5,t6]的计算方式为：
峰谷点判断子单元，用于判断第一采样时间区间内的初始峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则获取初始峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后运行第二处理子单元，若不存在拐点，则运行第一处理子单元；
第一处理子单元，用于分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线；
第二处理子单元，用于分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔差值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
优选地，衰减量计算单元具体包括：
第一衰减量计算子单元，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，其中，第一谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第一谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线；
第二衰减量计算子单元，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量，其中，第二谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第二谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线。
优选地，信号解析单元具体用于：
获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，其中，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，y10(t)为第一双频冲击衰减信号，y11(t)为第二双频冲击衰减信号，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，A1为第一谐波幅值系数，A2为第二谐波幅值系数，ξ1为第一谐波阻尼系数，ξ2为第二谐波阻尼系数。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，包括：S1：对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线；S2：提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；S3：根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；S4：通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
本发明通过获取原始双频谐波冲击衰减信号的包络线，并基于包络线的峰值点和峰谷点所构成的曲线分别对应着两个谐波分量指数衰减量的和值与差值的原理，由此倒推求得两个谐波指数衰减量随时间变化情况，并通过最小二乘法，计算出双频谐波冲击衰减信号中各个谐波分量的阻尼特征系数，解决了现有的冲击衰减信号阻尼特征提取技术只能处理单频信号，对加装了TMD后产生的双频谐波信号的包络曲线处理效果不理想，进而导致了双频谐波冲击衰减信号阻尼特性系数识别困难的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置的一个实施例的结构示意图；
图4为阵风或冲击激励下输电塔冲击响应信号y1(t)的波形图；
图5为阵风或冲击激励下输电塔冲击响应信号经采样后得到的原始双频冲击衰减信号y2(t)的波形图；
图6为原始双频冲击衰减信号通过包络提取得到的原始双频冲击衰减信号包络线y3(t)的波形图；
图7为由原始双频冲击衰减信号包络线的峰值点与峰谷点组成的初始峰值点变化曲线y4(t)与峰谷点变化曲线y5(t)的波形图；
图8为第一双频冲击衰减信号y10(t)、第二双频冲击衰减信号y11(t)与原始双频冲击衰减信号y2(t)的波形比对示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法及装置，用于解决现有的冲击衰减信号阻尼特征提取技术只能处理单频信号，对加装了TMD后产生的双频谐波信号的包络曲线处理效果不理想，进而导致了双频谐波冲击衰减信号阻尼特性系数识别困难的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，包括：
101：对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线。
需要说明的是，通过测量如图4所示得到阵风或冲击激励下的输电塔冲击响应信号y1(t)，提取输电塔冲击响应信号中后面60％的数据点进行分析，起点取为信号中局部峰值最大点，得到如图5所示的原始双频冲击衰减信号y2(t)。
其中，原始双频冲击衰减信号y2(t)为：
其中，ω1,ω2为与未加装TMD的输电塔的一阶模态频率相对应的两个模态频率点，
为与这两个模态相对应的指数衰减分量，ξ1,ξ2为与两个谐波分量相对应的谐波阻尼系数，A1,A2为与这两个谐波分量相对应的起始点的谐波幅值系数；
需要说明的是，包络提取的步骤可通过希尔伯特变换方法得到如图6所示的原始双频冲击衰减信号y2(t)的包络线y3(t)。
102：提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线。
需要说明的是，提取包络线y3(t)的峰值点与峰谷点，形成如图7所示的初始峰值点变化曲线y4(t)与初始峰谷点曲线y5(t)；
基于信号分析理论可知，初始峰值点变化曲线y4(t)与初始峰谷点变化曲线y5(t)分别满足：
103：根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量。
需要说明的是，第一谐波分量指数衰减量y8(t)的计算公式和第二谐波分量指数衰减量y9(t)的计算公式分别为：
104：通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
需要说明的是，在通过最小二乘法进行计算前，需要先分别对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行求对数，得到以下计算式：
ln y8(t)＝A1-ξ1t
ln y9(t)＝A2-ξ2t；
然后通过最小二乘法方式计算，求得第一谐波幅值系数A1，第二谐波幅值系数A2，第一谐波阻尼系数ξ1，第二谐波阻尼系数ξ2。
本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，通过利用希尔伯特变换求得原始双频谐波冲击衰减信号的包络线，并基于包络线的峰值点和峰谷点所构成的曲线分别对应着两个谐波分量指数衰减量的和值与差值的原理，由此倒推求得两个谐波指数衰减量随时间变化情况，并通过最小二乘法，计算出双频谐波冲击衰减信号中各个谐波分量的阻尼特征系数。
以上为本发明提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法的一个实施例的描述，以下为本发明提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法的另一个实施例的描述。
请参阅图2，本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，包括：
201：对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线。
需要说明的是，通过测量得到阵风或冲击激励下的输电塔冲击响应信号y1(t)，提取输电塔冲击响应信号中后面60％的数据点进行分析，起点取为信号中局部峰值最大点，得到原始双频冲击衰减信号y2(t)。
其中，原始双频冲击衰减信号y2(t)为：
其中，ω1,ω2为与未加装TMD的输电塔的一阶模态频率相对应的两个模态频率点，
为与这两个模态相对应的指数衰减分量，ξ1,ξ2为与两个谐波分量相对应的谐波阻尼系数，A1,A2为与这两个谐波分量相对应的起始点的谐波幅值系数。
202：提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]。
需要说明的是，提取包络线y3(t)的峰值点与峰谷点，形成初始峰值点变化曲线y4(t)与峰谷点曲线y5(t)，其中，初始峰值点变化曲线y4(t)与初始峰谷点变化曲线y5(t)如图7所示；
基于信号分析理论可知，初始峰值点变化曲线y4(t)与初始峰谷点变化曲线y5(t)分别满足：
其中，初始峰值点变化曲线y4(t)对应的采样时间范围为[t1,t2]，初始峰谷点变化曲线y5(t)对应的采样时间范围为[t3,t4]；然后计算初始峰值点变化曲线与初始峰谷点变化曲线所对应的共同时间段[t5,t6]，
其中：
t5＝max(t1,t3)
t6＝min(t2,t4)；
203：判断第一采样时间区间内的初始峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则执行步骤205，若不存在拐点，则执行步骤204。
204：分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
需要说明的是，如第一峰谷点变化曲线y7(t)上不存在拐点，则对第一采样时间区间[t5,t6]内的第一峰值点变化曲线y6(t)和第一峰谷点变化曲线y7(t)进行分析。
205：获取初始峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔差值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
需要说明的是，如第一峰谷点变化曲线y7(t)中存在拐点，获取拐点对应的时间节点t7，对第二采样时间区间[t5,t7]内的第一峰值点变化曲线y6(t)和第一峰谷点变化曲线y7(t)进行数据分析。
206：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量。
需要说明的是，第一谐波分量指数衰减量y8(t)的计算公式为：
207：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量。
需要说明的是，第二谐波分量指数衰减量y9(t)的计算公式为：
208：通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
需要说明的是，在通过最小二乘法进行计算前，需要先分别对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行求对数，得到以下计算式：
ln y8(t)＝A1-ξ11t
ln y9(t)＝A2-ξ2t；
然后通过最小二乘法方式计算，求得第一谐波幅值系数A1，第二谐波幅值系数A2，第一谐波阻尼系数ξ1，第二谐波阻尼系数ξ2。
209：获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号。
需要说明的是，将识别出的系数A1,ξ1,A2,ξ2分别与通过频谱分析得到的两个谐波频率ω1,ω2组合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，如图8所示，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，第一谐波频率ω1和第二谐波频率ω2可通过外置的频谱分析仪或集成在本发明装置中的频谱分析模块对原始双频冲击衰减信号y2(t)进行频谱分析得到，在此不作限定。
210：分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
需要说明的是，分别计算第一双频冲击衰减信号y10(t)与原始双频冲击衰减信号y2(t)之间的第一最大相关系数C2以及第二双频冲击衰减信号y11(t)与原始双频冲击衰减信号y2(t)之间的第二最大相关系数C2：
C1＝max[corr(y2(t),y10(t))]
C2＝max[corr(y2(t),y11(t))]；
比较C1,C2中最大值的得到原始双频冲击衰减信号y2(t)的相关系数信号作为基准双频冲击衰减响应信号。确定两个谐波分量的谐波频率ω1,ω2与两个谐波阻尼系数ξ1,ξ2的对应关系；
如果基准双频冲击衰减响应信号是y10(t)，则与谐波频率ω1,ω2对应的阻尼系数分别是ξ1,ξ2；
如果基准双频冲击衰减响应信号是y11(t)，则与谐波频率ω1,ω2对应的阻尼系数分别是ξ2,ξ1。
本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，通过利用希尔伯特变换求得原始双频谐波冲击衰减信号的包络线，并基于包络线的峰值点和峰谷点所构成的曲线分别对应着两个谐波分量指数衰减量的和值与差值的原理，由此倒推求得两个谐波指数衰减量随时间变化情况，并通过最小二乘法，计算出双频谐波冲击衰减信号中各个谐波分量的阻尼特征系数，并通过频谱分析求得原始冲击衰减信号中的两个主要频率值，将这两个频率值分别与两个谐波指数衰减量匹配，得到含双频系统冲击振荡衰减响应信号。通过对组合得到的冲击振荡衰减响应信号与原始冲击衰减信号之间的相关系数分析，确定最佳匹配的冲击衰减响应信号，进而求得与每组谐波分量的谐波阻尼系数相对应的谐波频率。
以上为本发明提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法的另一个实施例的描述，以下为本发明提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置的一个实施例的描述。
请参阅图3，本发明实施例提供的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，包括：
信号获取单元301，用于对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线；
信号处理单元302，用于提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；
衰减量计算单元303，用于根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；
阻尼特性计算单元304，用于通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
进一步地，还包括：
信号解析单元305，用于获取原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号；
信号比对单元306，用于分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
进一步地，信号处理单元302具体包括：
包络采样子单元3021，用于提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]，其中，第一采样时间区间[t5,t6]的计算方式为：
峰谷点判断子单元3022，用于判断第一采样时间区间内的初始峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则获取初始峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后运行第二处理子单元3024，若不存在拐点，则运行第一处理子单元3023；
第一处理子单元3023，用于分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线；
第二处理子单元3024，用于分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔差值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
进一步地，衰减量计算单元303具体包括：
第一衰减量计算子单元3031，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，其中，第一谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第一谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线；
第二衰减量计算子单元3032，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量，其中，第二谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第二谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线。
进一步地，信号解析单元305具体用于：
获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，其中，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，y10(t)为第一双频冲击衰减信号，y11(t)为第二双频冲击衰减信号，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，A1为第一谐波幅值系数，A2为第二谐波幅值系数，ξ1为第一谐波阻尼系数，ξ2为第二谐波阻尼系数。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例及其附图仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，其特征在于，包括：
S1：对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线，其中，原始双频冲击衰减信号y2(t)为：
其中，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，
为第一谐波分量指数衰减量，
为第二谐波分量指数衰减量，ξ1,ξ2为与两个谐波分量相对应的谐波阻尼系数，A1,A2为与这两个谐波分量相对应的起始点的谐波幅值系数；
S2：提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；
S3：根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；
S4：通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
2.根据权利要求1所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：
S5：获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，其中，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，y10(t)为第一双频冲击衰减信号，y11(t)为第二双频冲击衰减信号，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，A1为第一谐波幅值系数，A2为第二谐波幅值系数，ξ1为第一谐波阻尼系数，ξ2为第二谐波阻尼系数；
S6：分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
3.根据权利要求1所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
S21：提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]，其中，第一采样时间区间[t5,t6]的计算方式为：
S22：判断第一采样时间区间内的初始峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则获取峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后执行步骤S24，若不存在拐点，则执行步骤S23；
S23：分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线；
S24：分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
4.根据权利要求3所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别方法，其特征在于，步骤S3具体包括：
S31：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，其中，第一谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第一谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线；
S32：根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量，其中，第二谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第二谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线。
5.一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，其特征在于，包括：
信号获取单元，用于对通过采样获取到的原始双频冲击衰减信号进行包络提取，得到原始双频冲击衰减信号的包络线，其中，原始双频冲击衰减信号y2(t)为：
其中，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，
为第一谐波分量指数衰减量，
为第二谐波分量指数衰减量，ξ1,ξ2为与两个谐波分量相对应的谐波阻尼系数，A1,A2为与这两个谐波分量相对应的起始点的谐波幅值系数；
信号处理单元，用于提取包络线中预置的采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线；
衰减量计算单元，用于根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，以及根据峰值点变化曲线和峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量；
阻尼特性计算单元，用于通过最小二乘法，对第一谐波分量指数衰减量和第二谐波分量指数衰减量进行计算，得到第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数。
6.根据权利要求5所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，其特征在于，还包括：
信号解析单元，用于获取到原始双频冲击衰减信号经过频谱分析后得到的与原始双频冲击衰减信号中的两个谐波分量相应的第一谐波频率和第二谐波频率，并将第一谐波频率和第二谐波频率与第一谐波幅值系数、第一谐波阻尼系数、第二谐波幅值系数和第二谐波阻尼系数结合，得到第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号，其中，第一双频冲击衰减信号和第二双频冲击衰减信号分别为：
其中，y10(t)为第一双频冲击衰减信号，y11(t)为第二双频冲击衰减信号，ω1为第一谐波频率，ω2为第二谐波频率，A1为第一谐波幅值系数，A2为第二谐波幅值系数，ξ1为第一谐波阻尼系数，ξ2为第二谐波阻尼系数；
信号比对单元，用于分别比较第一双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第一最大相关系数以及第二双频冲击衰减信号与原始双频冲击衰减信号之间的第二最大相关系数，将第一最大相关系数与第二最大相关系数中的较大值所对应的双频冲击衰减信号设置为最接近原始双频冲击衰减信号的基准双频冲击衰减响应信号。
7.根据权利要求5所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，其特征在于，信号处理单元具体包括：
包络采样子单元，用于提取包络线中预置的初始采样时间区间内的峰值点和峰谷点，得到初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线，并将初始峰值点变化曲线对应的采样时间区间[t1,t2]和初始峰谷点变化曲线对应的采样时间区间[t3,t4]中的交集区间设置为第一采样时间区间[t5,t6]，其中，第一采样时间区间[t5,t6]的计算方式为：
峰谷点判断子单元，用于判断第一采样时间区间内的初始峰谷点变化曲线中是否存在拐点，若存在拐点，则获取初始峰谷点变化曲线中的拐点对应的时间节点t7，得到第二采样时间区间[t5,t7]，然后运行第二处理子单元，若不存在拐点，则运行第一处理子单元；
第一处理子单元，用于分别对第一采样时间区间[t5,t6]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线；
第二处理子单元，用于分别对第二采样时间区间[t5,t7]内的初始峰值点变化曲线和初始峰谷点变化曲线进行等间隔插值，得到第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线。
8.根据权利要求7所述的一种双频谐波衰减信号阻尼特征识别装置，其特征在于，衰减量计算单元具体包括：
第一衰减量计算子单元，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之和，得到第一谐波分量指数衰减量，其中，第一谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第一谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线；
第二衰减量计算子单元，用于根据第一峰值点变化曲线和第一峰谷点变化曲线之差，得到第二谐波分量指数衰减量，其中，第二谐波分量指数衰减量的计算公式为：
其中，
为第二谐波分量指数衰减量，y6(t)为第一峰值点变化曲线，y7(t)为第一峰谷点变化曲线。
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