[科普中国]-结构动力系统识别

结构动力系统识别（ identification of structural dynamic system）是指应用结构系统在运行或试验时得的激励（动荷载）和响应数据，研究构造系统数学模型的方法。通过系统识别得出结构系统实际工作性态的数学模型，有利于于对结构深入认识，改进结构设计，提高设计质量。在结构运行中进行在线识别，还可对结构系统的功能进行预测控制。

简介结构动力系统识别（ identification of structural dynamic system）是指应用结构系统在运行或试验时得的激励（动荷载）和响应数据，研究构造系统数学模型的方法。通过系统识别得出结构系统实际工作性态的数学模型，有利于于对结构深入认识，改进结构设计，提高设计质量。在结构运行中进行在线识别，还可对结构系统的功能进行预测控制1。

方法结构动力系统识别方法，按测量数据的类型分为时间域方法和频率域方法1。

时间域方法1.意布拉亨法

可由结构自由振动响应识别线性系统的模型参数，它与随机测量技术结合还可进行在线识别。此法概念清楚，程序简单，计算精度较高，缺点是只能识别一些低阶的模型。

2.脉冲响应函数法和响应拟合法。

都采用最小二乘乘法则，要求量测响应与理论响应两者最佳拟合。脉冲响应函数法通常先识别脉冲响应函数，然后再进行模态参数识别，且只能识别性结构；响应拟合法既可识尉结构的特性矩晖、模模态参，又可用干非线性结构的识别。这两种方法的计算工作量都比意布拉亨法大，程序也复杂。

3.直接求解法

用于识别结构的特性矩阵，方法概念简单，使用方便，且可用于非线性结构的识别。但计算中要遇到高满秩方程组，不仅占用很大的计算机容量，而且可能要处理病态方程组向题。

4.自回归滑动平均模型法

把结构振动微分方程改用时域差分方程表示，建立模态参数与差分方程自回归系数及滑动平均系数回的关系，由测得的激励、响应的时间序列、呆用极大似然估计或最小二乘估计识别差分方程的系数，进而求出模态数。此法适用于激无法取得具体观数据，但对其统计特性有所了解的系统识别问题。

5.卡尔曼滤波法

对系统的状忞用递推方法进行估计。其实质是线性最小方差估计。此法适应性很强，对于记录信噪比低、结构非钺性等都能求得结特性参数较精确的估计值，而且计算工作量不大1。

频率域方法1.传递函数法

采用理论频响与量测频响的最小二乘拟合，识别的成功率很高，用正态响应数据时，精度也较高。但试验工作大，周周期较长，且不能对非线性结构进行识别。

2.虚频、实频迭代法。

是传递函数法在求解技术上的改进，用虚频与实频分开拟合，用两个线性最小二乘问题的求解来代替一个非线性性最小二乘问题的求解。

3.传递函数拟合法。直接将频响函数表示为频频率的有理分式，由理论频响与量测频响的最小二乘找合识别出有理分式各系数，然后确定模态。此法简单易于实施，且不需频率及阻尼比的初值1。

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所