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含间隙非线性二元翼段的系统辨识

孙玉凯 杨超 吴志刚

孙玉凯, 杨超, 吴志刚等 . 含间隙非线性二元翼段的系统辨识[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(1): 140-149. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0655
引用本文: 孙玉凯, 杨超, 吴志刚等 . 含间隙非线性二元翼段的系统辨识[J]. 北京航空航天大学学报, 2021, 47(1): 140-149. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0655
SUN Yukai, YANG Chao, WU Zhiganget al. System identification of a 2-DOF wing section with freeplay nonlinearity[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(1): 140-149. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0655(in Chinese)
Citation: SUN Yukai, YANG Chao, WU Zhiganget al. System identification of a 2-DOF wing section with freeplay nonlinearity[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2021, 47(1): 140-149. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0655(in Chinese)

含间隙非线性二元翼段的系统辨识

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2019.0655
详细信息
    作者简介:

    孙玉凯  男, 博士研究生。主要研究方向:气动弹性力学与主动控制

    杨超  男, 博士, 教授, 博士生导师。主要研究方向:气动弹性力学与主动控制

    吴志刚  男, 博士, 副教授, 博士生导师。主要研究方向:气动弹性力学与主动控制

    通讯作者:

    吴志刚  E-mail: wuzhigang@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V215.3

System identification of a 2-DOF wing section with freeplay nonlinearity

  • 摘要:

    在实际包含间隙非线性的复杂结构中,由于间隙不易或无法测量,难以建立准确描述结构特性的动力学模型;即使间隙得到准确测量,也难以获得结构的标称线性系统的模态参数。为此,利用条件逆谱法和时域非线性子空间法,通过非线性系统辨识获得间隙非线性系数,同时获得非线性结构的标称线性系统的频响函数。以一个包含间隙非线性的二元翼段为例,通过数值方法模拟该二元翼段的地面振动试验,利用条件逆谱法和时域非线性子空间法开展该结构的非线性系统辨识。结果表明:两种方法均可准确地辨识结构的标称线性系统,条件逆谱法利用光滑函数近似,时域非线性子空间法利用多个分段线性函数重构,辨识得到间隙非线性系数。

     

  • 图 1  条件逆谱法系统示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of system for CRP method

    图 2  非线性项Y2的分解

    Figure 2.  Decomposition of nonlinear function Y2

    图 3  位移响应信号分解

    Figure 3.  Decomposition of displacement response signal

    图 4  激励信号分解

    Figure 4.  Decomposition of excitation signal

    图 5  非线性振动系统的反馈表示

    Figure 5.  Feedback interpretation of nonlinear vibration systems

    图 6  二自由度二元翼段模型

    Figure 6.  2-DOF wing section model

    图 7  间隙非线性的恢复力曲线

    Figure 7.  Restoring force of freeplay nonlinearity

    图 8  随激励水平变化的频响函数

    Figure 8.  Variation of FRF with excitation level

    图 9  低激励水平与高激励水平的频响函数曲线对比

    Figure 9.  Comparison of FRFs under low excitation level and high excitation level

    图 10  条件逆谱法辨识得到的OLS频响函数曲线

    Figure 10.  FRF of OLS identified by CRP method

    图 11  俯仰自由度的累积相干函数

    Figure 11.  Cumulative coherence function of pitch DOF

    图 12  条件逆谱法辨识的非线性系数

    Figure 12.  Nonlinear coefficient identified by CRP method

    图 13  条件逆谱法辨识的非线性恢复力曲线

    Figure 13.  Nonlinear restoring force identified by CRP method

    图 14  区间[0, max(α)]内的非线性系数分布

    Figure 14.  Nonlinear parameter distribution in the interval [0, max(α)]

    图 15  区间[0.008, 0.012]rad内的非线性系数分布

    Figure 15.  Nonlinear parameter distribution in the interval [0.008, 0.012]rad

    图 16  辨识得到的非线性二元翼段ULS的频响函数曲线

    Figure 16.  Identified FRF of ULS of nonlinear 2-DOF wing section

    图 17  时域非线性子空间法辨识的非线性恢复力曲线

    Figure 17.  Nonlinear restoring force identified by TNSI method

    图 18  辨识得到的非线性二元翼段OLS的频响函数曲线

    Figure 18.  Identified FRF of OLS of nonlinear 2-DOF wing section

    图 19  辨识得到的OLS频响函数曲线稳态图

    Figure 19.  Stabilization diagram of identified FRF of OLS

    表  1  二元翼段结构基本参数

    Table  1.   Main structural parameters of 2-DOF wing section

    参数 数值
    半弦长b/m 0.1
    刚心与中心相对距离a -0.2
    质量m/kg 2.9
    重心与刚心距离xa/m 0.01
    静矩Sα/(kg·m) 0.029
    转动惯量Iα/(kg·m2) 0.024
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    表  2  激励水平与对应的随机力RMS值

    Table  2.   Excitation levels and corresponding RMS value of random excitation force

    激励水平 随机力RMS/N
    1 0.004 8
    2 0.011 8
    3 0.022 6
    4 0.048 6
    5 0.069 0
    6 0.114 4
    7 0.182 5
    8 0.230 8
    9 0.486 0
    10 0.729 6
    11 1.100 0
    12 1.997 4
    13 2.215 9
    14 2.767 9
    15 3.722 0
    16 4.970 4
    17 7.373 1
    18 11.610 5
    19 25.501 0
    下载: 导出CSV

    表  3  不同激励水平下辨识的非线性系数

    Table  3.   Identified nonlinear coefficient under different excitation levels

    随机力RMS/(N·m) 非线性系数
    0.048 6 -0.250 8
    0.069 0 -0.253 8
    0.230 8 -0.250 5
    0.486 0 -0.244 0
    下载: 导出CSV

    表  4  条件逆谱法和时域非线性子空间法属性对比

    Table  4.   Property comparison between CRP and TNSI

    属性 条件逆谱法 时域非线性子空间法
    频域 时域
    多自由度
    多种非线性
    迭代计算
    数据 稳态数据 任意数据
    数据前处理 离散傅里叶变换
    间隙描述 函数近似 多间隙重构
    稳态图
    计算量 中等
    ULS辨识精度
    OLS辨识精度
    间隙辨识精度 间隙边界:一般
    刚度辨识:高
    间隙边界:高
    刚度辨识:高
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-31
  • 录用日期:  2021-03-06
  • 网络出版日期:  2021-01-20

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