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研究生: 黃立翰
Huang, Li-Han
論文名稱: 應用奇異譜分析法於模態參數識別
Identification of Modal Parameters Using Singular Spectrum Analysis
指導教授: 江達雲
Chiang, Dar-Yun
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 航空太空工程學系
Department of Aeronautics & Astronautics
論文出版年: 2020
畢業學年度: 108
語文別: 中文
論文頁數: 75
中文關鍵詞: 奇異譜分析法模態參數識別狀態空間模型
外文關鍵詞: Identification of Modal Parameters, Singular Spectrum Analysis, State Space Model
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  • 本文探討奇異譜分析法(Singular Spectrum Analysis , SSA)於定常環境振動模態參數識別之應用。奇異譜分析法是藉由奇異值分解萃取出響應資料的主要成分,剔除次要成分進而降噪,得到的主要成分即為各模態的響應資料,進而轉換成頻譜圖可得到模態頻率。吾人利用前人所提之求取系統矩陣方法,因此將奇異譜分析法應用於狀態空間模型上,利用系統矩陣求出系統的動態特性,進而求出系統之模態參數。最後經由數值模擬,驗證本文所探討的方法能有效地識別出結構的主要模態參數及振動反應。

    The purpose of this thesis is to discuss the application of Singular Spectrum Analysis (SSA) in Modal-Parameter Identification of stationary ambient vibration. SSA extracts the main components of response data by Singular Value Decomposition (SVD) and removes minor components to reduce noise. The main component obtained is the response data of each mode and converted into a spectrogram to get the modal frequency. Using the method proposed by the predecessors to obtain the system matrix, the SSA is based on the state space model. Using the system matrix to find the dynamic characteristics of the system, then find the modal parameters of the system. Finally, the method verified through numerical simulation discussed in this paper can effectively distinguish the main modal parameters and vibration response of the structure.

    目錄 摘要 I 目錄 VI 表目錄 IX 圖目錄 X 第一章 緒論 1 1-1 引言 1 1-2 模態分析與系統識別 2 1-3 文獻回顧 4 1-3-1 模態參數識別 4 1-3-2 時域法 5 1-3-3 奇異譜分析法 7 1-4 研究動機與目的 7 1-5 本文架構 8 第二章 環境振動之基礎理論 10 2-1 引言 10 2-2 隨機過程及隨機振動 10 2-2-1 定常與非定常過程 11 2-2-2 全態過程 13 2-2-3 相關函數與協方差 14 2-3 確定性動力分析 15 2-3-1 結構系統之自由振動分析 15 2-3-2 結構系統之單位脈衝響應分析 16 2-4 受定常外力之振動分析 18 第三章 時域法模態參數識別理論 21 3-1 引言 21 3-2 奇異譜分析法 21 3-2-1 奇異譜分析法的計算流程 22 3-3 將奇異譜分析法應用於狀態空間模型上 27 3-3-1 狀態空間模型 27 3-3-2 數據矩陣 30 3-3-3 奇異譜分析法 32 3-3-4 求得系統矩陣 33 3-3-5 求解模態參數 34 第四章 數值模擬 36 4-1 引言 36 4-2 受定常白訊低阻尼結構模型之模態參數識別 36 4-3 受定常白訊高阻尼結構模型之模態參數識別 42 第五章 結論 47 參考文獻 49   表目錄 表4- 1六自由度低阻尼結構模型之理論模態參數 52 表4- 2奇異譜分析法搭配狀態空間模型於定常白訊下之識別結果(低阻尼) 53 表4- 3奇異譜分析法於定常白訊下之自然頻率識別結果(低阻尼) 54 表4- 4奇異譜分析法搭配狀態空間模型於定常白訊下之識別結果(+5%白雜訊低阻尼) 55 表4- 5奇異譜分析法於定常白訊下之自然頻率識別結果(+5%白雜訊低阻尼) 56 表4- 6六自由度高阻尼結構模型之理論模態參數 57 表4- 7奇異譜分析法搭配狀態空間模型於定常白訊下之識別結果(高阻尼) 58 表4- 8奇異譜分析法於定常白訊下之自然頻率識別結果(高阻尼) 59 表4- 9奇異譜分析法搭配狀態空間模型於定常白訊下之識別結果(+5%白雜訊高阻尼) 60 表4- 10奇異譜分析法於定常白訊下之自然頻率識別結果(+5%白雜訊高阻尼) 61   圖目錄 圖4- 1六自由度結構模型結構系統 62 圖4- 2定常白訊之時間訊號 63 圖4- 3定常白訊之功率頻譜圖 63 圖4- 4低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊之奇異值分布圖 64 圖4- 5低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊第1、3、5自由度原始響應與平均化響應比較圖 65 圖4- 6低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊之各模態響應頻譜圖 66 圖4- 7低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊之奇異值分布圖 67 圖4- 8低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊之各模態響應頻譜圖 68 圖4- 9低阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊第1、3、5自由度原始響應與平均化響應比較圖 69 圖4- 10高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊之奇異值分布圖 70 圖4- 11高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊第1、3、5自由度原始響應與平均化響應比較圖 71 圖4- 12高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊之各模態響應頻譜圖 72 圖4- 13高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊 73 圖4- 14高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊之各模態響應頻譜圖 74 圖4- 15高阻尼六自由度結構模型結構受定常白訊+5%白雜訊第1、3、5自由度原始響應與平均化響應比較圖 75

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