本發(fā)明涉及一種隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)生成方法，尤其涉及一種限制峰值比的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)生成方法。
背景技術(shù)：
：：在裝備振動(dòng)環(huán)境工程研究領(lǐng)域，用于激勵(lì)振動(dòng)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)需要進(jìn)行峰值比限制，這是考慮振動(dòng)控制器的最大輸出電壓、功率放大器的最大工作電流以及振動(dòng)臺(tái)動(dòng)圈最大振動(dòng)位移等必須采用的技術(shù)措施，因?yàn)槿我飧怕史植嫉钠椒€(wěn)隨機(jī)振動(dòng)過程都能夠產(chǎn)生足夠大的時(shí)域峰值，只要時(shí)間足夠長。峰值比定義為隨機(jī)振動(dòng)時(shí)域的最大峰值與其總均方根值的比，標(biāo)準(zhǔn)推薦值為3?，F(xiàn)有三種方式實(shí)現(xiàn)峰值比的限制，即相位操作方法、非線性變換方法和直接削波方法。其中，直接削波方法由于頻率泄漏等固有缺陷而少有工程應(yīng)用，非線性變換方法則會(huì)產(chǎn)生帶外畸變并降低動(dòng)態(tài)范圍而被工程界詬病，只有相位操作方法能夠在維持PSD不變的情況下實(shí)現(xiàn)峭度的任意控制。但是相位操作方法是通過峭度的控制實(shí)現(xiàn)峰值比的限制，而峭度與峰值比并沒有明確的量值關(guān)系，這樣就經(jīng)常發(fā)生實(shí)際的峰值比與設(shè)定值存在較大差異的情況，不利于試驗(yàn)設(shè)計(jì)且威脅試驗(yàn)設(shè)備的使用安全。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種限制峰值比的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)生成方法。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種限制峰值比的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)生成方法，包括以下步驟：(1)生成不具有峰值比限制的時(shí)間歷程x：進(jìn)行基于逆傅里葉變換技術(shù)的給定功率譜密度的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)時(shí)域生成，得到給定功率譜密度值的時(shí)間歷程x；(2)設(shè)定初始峭度值K且K<3；(3)對(duì)x進(jìn)行非線性變換獲得新的時(shí)間歷程x1；(4)依據(jù)非線性變換的功率概率密度函數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得x1的概率密度函數(shù)；(5)針對(duì)不同的取值范圍獲得x1的概率分布函數(shù)；(6)依據(jù)時(shí)間、采樣頻率和規(guī)定的峰值比值CF0，計(jì)算x1的峰值比值CF，確定目標(biāo)概率分布函數(shù)，如果CF值小于CF0值，則轉(zhuǎn)入下一步，如果CF值不小于CF0值，則對(duì)步驟(2)至步驟(6)以CF0值為均衡目標(biāo)進(jìn)行迭代循環(huán)，迭代參數(shù)為步驟(2)輸入的峭度值K，直到x1的CF值小于CF0值為止；(7)以x的上限頻率作為截止頻率對(duì)x1進(jìn)行低通濾波，消除因?yàn)榉蔷€性變換造成的帶外諧波成分，得到更新的時(shí)間歷程x2；(8)計(jì)算x2的功率譜密度并將其與x的功率譜密度值比較，若差值滿足精度要求，則結(jié)束流程，將x2作為滿足限制峰值比要求的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y；若差值不滿足精度要求，則修改x的功率譜密度值，并從步驟(1)開始迭代循環(huán)，直到本步驟的差值滿足精度要求為止。本發(fā)明的有益效果在于：通過本發(fā)明生成的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)的最大峰值與其總均方根值的比即峰值比CF可以依據(jù)指定值確定，避免了實(shí)際的峰值比與設(shè)定值存在較大差異的情況，有利于試驗(yàn)設(shè)計(jì)且確保試驗(yàn)設(shè)備的使用安全；本發(fā)明尤其適用于振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成。具體實(shí)施方式下面實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：實(shí)施例：假設(shè)需要生成的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y的指標(biāo)要求是：PSD＝G0(f)，CF0＝3.0，頻率范圍20～2000Hz，時(shí)間180s，按照5120Hz采樣。其中，PSD是功率譜密度，CF0是規(guī)定的峰值比值。確定生成的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y的概率分布函數(shù)CDF如下：假設(shè)在180s時(shí)間內(nèi)y的峰值超過CF0＝3.0的次數(shù)不超過10次，則CDF(y<-3.0*RMS(y))+CDF(y>3.0*RMS(y))＝(10/(180*5120))。應(yīng)用對(duì)稱模型有：A＝CDF(y<-3.0*RMS(y))＝CDF(y>3.0*RMS(y))＝5/(180*5120)。按以下步驟生成限制峰值比的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y：(1)生成不具有峰值比限制的時(shí)間歷程x：進(jìn)行基于逆傅里葉變換技術(shù)即IFFT技術(shù)的給定功率譜密度的高斯隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)時(shí)域生成，得到給定功率譜密度值的時(shí)間歷程x；本步驟涉及的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，可參考王述成、陳章位所寫文獻(xiàn)：《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2005，41(5)：230-233.《隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)中時(shí)域隨機(jī)化技術(shù)的研究》，以及陳章位、于慧君所寫文獻(xiàn)：《振動(dòng)與沖擊》2009，28(3)：73-77.《振動(dòng)控制技術(shù)現(xiàn)狀與進(jìn)展》；(2)設(shè)定初始峭度值K且K<3；(3)按照隨機(jī)過程轉(zhuǎn)換理論獲得的零記憶非線性變換經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)x進(jìn)行非線性變換獲得新的時(shí)間歷程x1，x1＝g(x)，g(.)為零記憶非線性變換經(jīng)驗(yàn)公式；本步驟涉及的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，可參考如下文獻(xiàn)：A、Benasciutti,R.Tovo,Cycledistributionandfatiguedamageassessmentinbroad-bandnon-Gaussianrandomprocesses,ProbabilisticEngineeringMechanics.2005(20):115–127，B、JieDing,XinzhongChen，F(xiàn)atiguedamageevaluationofbroad-bandGaussianandnon-Gaussianwindloadeffectsbyaspectralmethod，ProbabilisticEngineeringMechanics2015(41):139–154，C、J.Ding,S.M.ASCE,X.Chen,Moment-basedtranslationmodelforhardeningnon-Gaussianresponseprocesses,J.Eng.Mech.ASCE,2016,142(2):06015006；(4)依據(jù)非線性變換的功率概率密度函數(shù)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，獲得x1的概率密度函數(shù)即PDF，其公式如下：該公式為現(xiàn)有技術(shù)，參考如下文獻(xiàn)：FrédéricKihm,DavidDelaux，Vibrationfatigueandsimulationofdamageonshakertabletests:theinfluenceofclippingtherandomdrivesignal，ProcediaEngineering,2013,(66):549–564；(5)針對(duì)不同的取值范圍獲得x1的概率分布函數(shù)即CDF；(6)依據(jù)時(shí)間即180s、采樣頻率即5120Hz和規(guī)定的峰值比值CF0＝3.0，計(jì)算x1的峰值比值CF，確定目標(biāo)概率分布函數(shù)CDF，如果CF值滿足初始設(shè)定要求即小于CF0值，則轉(zhuǎn)入下一步，如果CF值不滿足初始設(shè)定要求即不小于CF0值，則對(duì)步驟(2)至步驟(6)以CF0值為均衡目標(biāo)進(jìn)行迭代循環(huán)，迭代參數(shù)為步驟(2)輸入的峭度值K，直到x1的CF值小于CF0值為止；本步驟中，依據(jù)先前規(guī)定的CF0值和限制值A(chǔ)，建立迭代目標(biāo)和迭代公式：K0i+1＝K0i+dK(3)式中，σx1分別為信號(hào)x1的總均方根值，dK是與e成比例的量，例如dK＝±0.3e；(7)以x的上限頻率即2000Hz作為截止頻率對(duì)x1進(jìn)行低通濾波，消除因?yàn)榉蔷€性變換造成的帶外諧波成分，得到更新的時(shí)間歷程x2；(8)計(jì)算x2的功率譜密度即PSD得到Gx2，并將其與x的功率譜密度值比較，若差值滿足精度要求，則結(jié)束流程，將x2作為滿足限制峰值比要求的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y；若差值不滿足精度要求，則修改x的功率譜密度值，并從步驟(1)開始迭代循環(huán)，直到本步驟的差值滿足精度要求為止；本步驟的具體方法如下：比較Gx2與x的功率譜密度值的公式如下：ΔG＝max|Gx2(f)-G0(f)|≤0.00001(4)式中的“0.00001”為假定值，根據(jù)精度要求可以調(diào)整；若公式(4)成立，則將x2作為滿足限制峰值比要求的隨機(jī)振動(dòng)信號(hào)y；若公式(4)不成立，則按以下分步驟對(duì)以上從步驟(1)開始開始的全部步驟進(jìn)行迭代，直到公式(4)成立：(8.1)構(gòu)建功率譜密度PSD的均衡差：dP＝Gx2(f)-G0(f)(5)(8.2)功率譜密度PSD均衡：其中，N為大于1的正數(shù)。上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3 當(dāng)前第1頁1 2 3