(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210561098.2 (22)申请日 2022.05.23 (71)申请人 西安理工大 学 地址 710048 陕西省西安市碑林区金花 南 路5号 (72)发明人 刘杰　杨紫安　丁天淇　王晓莹　 刘善慧　 (74)专利代理 机构 西安弘理专利事务所 61214 专利代理师 涂秀清 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于混合正则化策略的非线性结构冲击激 励载荷识别方法 (57)摘要 本发明公开了基于混合正则化策略的非线 性结构冲击激励载荷识别方法， 具体按照以下步 骤进行实施， 首先， 获取冲击激励位置与振动响 应测点位置间的传递矩阵； 测量待识别的冲击激 励载荷作用下 非线性机械结构的振动响应； 构建 稀疏表征模 型； 利用凸优化算法求解构建的稀 疏 表征模型， 得到作用于非线性机械结构上的扩展 力； 从扩展力中提取冲击激励载荷和非线性力峰 值信息； 依据得到的冲击激励载荷构建非线性响 应传递方程， 通过l2范数正则化方法对非线性响 应传递方程进行求解， 得到非线性力的缓变趋势 信息。 本发明解决了现有技术中直接利用l1范数 稀疏正则化方法导致的识别精度低、 结果不稳定 的问题。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 114996920 A 2022.09.02 CN 114996920 A 1.基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 具体按照 以下步骤实施： 步骤1， 获取非线性机 械结构中冲击 激励位置与振动响应测点 位置间的传递矩阵； 步骤2， 测量待识别的冲击 激励载荷作用下非线性机 械结构的振动响应； 步骤3， 构建稀疏表征模型； 步骤4， 利用凸优化算法求解步骤3构建的稀疏表征模型， 得到作用于非线性机械结构 上的扩展力； 步骤5， 从扩展力中提取冲击 激励载荷和非线性力峰值信息； 步骤6， 依据步骤5中得到的冲击激励载荷构建非线 性响应传递方程， 通过l2范数正则化 方法对非线性响应传递方程进行求 解， 得到非线性力的缓变趋势信息 。 2.根据权利要求1所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述 步骤1具体按照以下步骤实施： 步骤1.1， 获取冲击激励位置与振动响应测点位置之间状态空间模型的系数矩阵Ad、 Bd、 Cd和Dd； 步骤1.2， 依据步骤1.1获取 的系数矩阵组装扩展力fex(t)与振动响应测 点间的总体传 递矩阵Tn， 扩展力fex(t)包含冲击激励载荷f(t)和非线性力fnl(t)， 并从总体传递矩阵Tn中 提取冲击激励位置与振动响应测点间的传递矩阵Trf， 以及非线性力位置与振动响应测点间 的传递矩阵Trnl； 步骤1.2中， 扩展力fex(t)与振动响应测点间的总体传递矩阵Tn的组装规则如下： 其中， N表示振动响应的采样 点总数， 传递矩阵Trf依据冲击激励载荷f(t)在扩展力中的 空间位置逐列从总体传递矩阵Tn中提取得到， 传递矩阵Trnl依据非线性力fnl(t)在扩展力中 的空间位置逐列从总体传递矩阵Tn中提取得到； 冲击激励载荷f(t)和非线性力fnl(t)在扩展力中的空间位置如下： fex(t)＝{[f(0)fnl(0)]T [f(1)fnl(1)]T...[f(N‑1) fnl(N‑1)]T}T (2) 公式(2)中， 上 标T表示转置运算。 3.根据权利要求2所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤2中， 振动响应测点位置与步骤1中振动响应测点位置一致， 非线性机 械结构的振动响应通过振动传感器测量得到 。 4.根据权利要求3所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述 步骤3中， 稀疏表征模型为： 其中， G(α )为目标函数， Y表示测量的非线性机械结构的振动响应， λ为稀疏正则化参 数， φi(t)表示三次B样条函数， αi表示稀疏表征系数， Φ＝[φ1,φ2,...,φN]表示由三次B权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114996920 A 2样条函数构成的字典矩阵， α ＝[α1, α2,..., αN]T表示待求 解的稀疏表征系数。 5.根据权利要求4所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤4中， 采用的凸优化算法为两步迭代阈值算法， 对步骤3中的稀疏表征 模型求解得到稀疏表征系数α， 再通过关系式fex(t)＝Φα 得到扩展力fex(t)。 6.根据权利要求5所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤5 中， 依据步骤4中识别得到的扩展力fex(t)， 结合冲击激励载荷以及 非线性力在扩展力中的空间位置， 得到冲击激励载荷f(t)和非线性力 得到的冲击激 励载荷f(t)作为非线性机械结构冲击激励 载荷的识别结果， 得到的非线性力 作为反映 非线性力峰值信息的识别结果。 7.根据权利要求6所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述 步骤6具体按照以下步骤实施： 步骤6.1， 从测量的非线性机械结构振动响应中提取仅由非线性力引起的非线性响应 Ynl； 非线性响应Ynl的提取公式为： Ynl＝Y‑Trffnl(t) (5)； 步骤6.2， 确定非线性响应的非零区间[j0,js]； 所述步骤6.2中通过非线性响应Ynl的幅值， 确定非零幅值在非线性响应中的位置区间 [j0,js]； 步骤6.3， 依据非零区间[j0,js]对非线性响应Ynl和传递矩阵Trnl进行缩减； 步骤6.4， 构建非线性响应传递方程； 构建的非线性力响应传递方程 为： 其中， fnl_re(t)为缩减的非线性力， fnl_re(t)仅包含了原始非线性力fnl(t)的第j0个值到 js个值； 步骤6.5， 利用l2范数吉洪诺夫正则化方法求 解得到非线性力缓变趋势信息 。 8.根据权利要求7所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤6.3中依据非零区间[j0,js]， 仅保留非线性响应Ynl的第j0个值到js个 值得到缩减的非线性响应向量Ynl_re， 仅保留非线性力与振动响应测点间的传递矩阵Trnl的 第j0列值到js列值得到缩 减的传递矩阵 9.根据权利要求8所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤6.5中， 利用l2范数吉洪诺夫正则化方法对步骤6.4构建的非线性响 应传递方程进行求解， 得到缩减的非线性力识别结果 再依据非零区间[j0,js]通过 补充0元素的方式得到完整的非线性力 作为反映非线性力缓变趋势信息的识别 结果， 与步骤5中得到的反映非线性力峰值信息的识别结果 结合， 完整的反映冲击激励 载荷作用下非线性机 械结构所产生的非线性力的完整信息 。 10.根据权利要求2所述的基于混合正则化策略的非线性结构冲击激励载荷识别方法， 其特征在于， 所述步骤1.1中， 振动响应测点位置包含非线性位置， 振动响应测点数量等于 非线性因素数量与冲击激励数量之和， 状态空间模型的系数矩阵Ad、 Bd、 Cd和Dd通过低激励权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114996920 A 3