《管锥编》（第二册）（三联版）_部分5.pdf

第卷第期航天器环境工程
年月,
基于随机振动试验的模态参数辨识
李哗, 向树红, 冯咬齐, 郑清锦
北京卫星环境工程研究所, 北京
摘要文章介绍了利用随机振动的试验数据进行模态参数辫识的方法。先从理论上证明了从响应数据推
导出的传递特性函数可以代替传统的传递函数求出脉冲响应函数, 从而直接利用最小二乘复指数法进行模态
参数辨识然后以析架结构为例, 通过随机振动试验数据求得模态参数, 并与模态试验的结果相比较, 证明
该方法的可行性。
关键词基础激励随机振动模态参数
中图分类号文献标识码文章编号一一一
己侣旨统振动组的理坐
, 粗「微分方程中物标变换为模态坐
标, 使方程解祸, 成为一组以模态坐标及模态参
,
由于航天器的工作环境十分复杂环境试验在数描述的独立方程, 以便求出系统的模态参数。
保证和提高航天器可靠性方面所起的作用更是举这里, 我们依然在这个基本思想的基础上讨论解
足轻重。与此同时, 一个卫星型号在环境试验上的决问题的方法。
花费也相当高。如何进一步提高环境试验效率, 降卫星所受的随机激励主要是一种声致振动,
低试验成本, 始终是试验部门所关注的问题。主要来自两方面一是起飞排气噪声一是运载
。
在动力学方面, 国内外学者一直在寻求更好火箭跨声速飞行及高速飞行时引起的气动噪声
,
地利用振动试验数据来求取模态参数的方法, 其前者频率大致范围是一后者可高达
。,
中发展较早的是一些基于基础激励的模态参数识在试验的过程中我们将结构置于刚
,
别方法【’。由于传统上从模态试验求得模态参性平台上, 用大功率的电磁或电动激励系统进行
。, ,
数的方法都是在同时具备激励和响应数据的前提激励当平台振动时它将带动结构一起振动
。,
下完成的, 而有些试验只提供了响应数据, 因此人这种激励的形式便称为基础激励由此可见基
。, ,
们研究了很多基于输出的模态参数辨识方法, 础激励时激励力的大小是未知的我们可以认
但是在航天领域, 有些方法并不能直接使用, 这为测量的输入就是置于基础上的加速度计传来
,
是因为, 航天器的工作环境相对比较特殊, 我们的信号而输出则由贴在结构若干点上的加速度
。
做随机振动试验时必须采取基础激励的方式, 而计来测量下面重点说明由这样的输入输出数据
。
国内在这方面的研究还很少, 在应用上就更不成是怎样推导出脉冲响应函数的
。,
熟了所以本文力求在理论推导的基础上用具从响应数据到传递特性函数
体的试验证明了基于基础激励的模态参数辨识方
首先了解一下结构在振动台上的位置。如图
法的可行性。
所示, 将连续结构离散为自由度离散系统,
‘, 。
模态参数辨识的理论推导结构第个自由度的质量为刚度为对设系
统的绝对坐标系口尤夕与地面固连, 牵连坐标系
模态参数辨识的经典思路是将线性定常系口’‘‘‘与基础固连。刚性基础无转动运动, 仅
收稿日期一一
作者简介李哗一, 女, 吉林省四平人, 硕士研究生, 专业方向为模态参数辫识。
航天器环境工程年第卷
沿绝对坐标系的三个方向做平动运动。控矩阵的逆矩阵
制加速度安装在振动台的台面上。
。
一一‘一喜
对应于的分块形式, 可导出方程左
上方元素, 即驱动点的频响函数气。任
’’
从控制加速度
传感器位置
刚性基础
由于方程中外力未知, 所以可利用
以了,
环叼次次夕子叼次多环交次矛多邻一一方程的下半部分得出
图振动台上坐标系的标注
。
。一品。
振动微分方程为
由此, 加速度之间的传递函数称为传递特性
,
奋。
函数这样, 方程便提供了一个控制加速度
、、任‘
式中和分别为质量阻尼和刚度矩阵与测量加速度之间的传递特性向量嵘卜
, , 、
创试是连续时间的结构位移速度和加一瑞一一· “一, 。一‘,
。商
速度
方程经过变换后可写为比较在方程与方程中的位
置, 通过观察可知驱动点频响函数的反共振点就
,
是传递特性函数的共振点。但是这里我们讨论的
结构的接触点是固定的, 这种系统的动力学平衡
式中是加速度向量试的拉普拉斯形式。
方程是在自由结构的平衡方程基础上去掉包含控
”是阻抗矩阵, 定义为
制点的行和列得到的。因此结构的频响函数
比任卜, 一‘
、一、工、粤、相当于
占一二
‘
打”二一蔺蕊一’
在基础激励的情况下, 把外力看作是作用于
,
接触面的个点上, 即单输入的情况。假定控制比较与两个方程可知传递特性
加速度计刚好安装