模态空间系列（七）趣味解读模态世界--曲线拟合搞得我一头雾水！所有这些不同的技术是什么意思？

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模态空间系列（七）趣味解读模态世界--曲线拟合搞得我一头雾水！所有这些不同的技术是什么意思？

在北京科尚仪器官网发布模态空间系列文章及其中文翻译，得到了Peter Avitabile教授的书面授权，Peter Avitabile教授拥有文章全部权利，北京科尚仪器只为学习教育目的而使用它们。如您转载此系列中文翻译，请保留本段的描述信息。

曲线拟合搞得我一头雾水！所有这些不同的技术是什么意思？

说来话长了…

对大多数人来讲，曲线拟合可能是整个试验模态分析过程中最难的部分。实际上，最好称它为模态参数估计。但那有点绕口 — 所以我们一般就称它为曲线拟合。但实际上我们是试图从测试数据中提取模态参数（频率，阻尼和模态振型）。让我们首先讨论一些一般性的内容。

或者分解为各阶模态的贡献

现在当你开始观察这个测量结果时，很快会想到几个问题。我应该用多少数据点？模型阶数该是多少？曲线拟合算子的带外模态有什么影响吗？需要应用相同的技术于所有阶模态吗？我什么时候用单自由度，什么时候用多自由技术？我该用时域还是频域曲线拟合算子？（而最应该想起来的是 — 哎呀，我多么希望那天我是去听模态课了，而不是跑出去开派对了！）

首先，让我们考虑某个简单的测力计校准数据，图2所示。现在，如果在不受载荷情况下，测力计应该读到零值，则图2a代表了数据的最优直线拟合 — 但是，那个拟合看起来不是很好。另一方面，测力计要是有预载荷，情况又是怎样呢？那么，可能需要允许来点补偿，如图2b所示。另外，要是有些测量数据超出力传感器的有效范围，情况又是如何呢？很可能仅仅应该使用一部分数据，如图2c所示。另外，谁说力传感器是线性的，可以用y=mx+by=mx+b来一阶近似了？我有可能设想用一个三次函数来更好地描述测量数据。出于某些原因，人人都理解这个测力计的例子，但却很难认识到我测量的FRF也有相同的特性。从根本上讲，分析人员必须确定模型阶数，用多少数据量，以及是否需要进行残余项补偿，如图3所示。表示这个测量结果的基本方程如下从根本上讲，我们需要根据系统的振动模态来描述系统。例如，图1所示的三阶模态系统可以根据下面的系统频响函数表达式来描述。

大致说来，选择一段模态进行拟合，指定模型阶数，以及确定包含残余项。

现在，我需要知道何时使用单自由度或多自由度技术。我所需要知道的是，一阶模态与相邻的下一阶模态在多大程度上有模态重叠。图4显示了对于两自由度系统的各种不同情况。图4a表示各阶模态分离的很开，并且具有很小的阻尼。此类多阶模态可以用单自由度拟合来近似。图4b表示各阶模态相邻的很近，并且带有很小的阻尼。

一阶模态与相邻的下一阶模态有些重叠，这或许不能用单自由度拟合来正确地补偿。对于这两阶模态，有可能需要用多自由度拟合。图4c表示分得很开的模态，但阻尼引起一定程度的重叠，这可能需要用多自由度拟合。但是，对于后面这两种情况，你或许可以试试单自由度拟合，来与多自由度拟合进行对比。图4d表示各阶模态相邻的很近，并且具有大阻尼。对此情形，这就需要用多自由度拟合。

最后一件要考虑的事情是，是要用时域技术还是要用频域技术？从本质上讲，数学关系式是相同的 — 只是看起来不一样。很多情况下，我们按某种形式写出关系式，是因为有些数学技巧在其中，这样使得方程更易于求解，或者从计算的角度来看，更高效。但是，从本质上讲，这两个域是等价的。无论如何，很多时候对于小阻尼系统，我们倾向于用时域技术；而对于大阻尼系统，我们倾向于用频域技术。

如果现在观察图5，对于这个测量结果来讲，要估计模态参数，我该怎样去想才是恰当的呢？嗯，对第一个峰，利用单自由度有可能是正确的。但是模态2和模态3相邻的太近，不能用单自由度。这样，对这些模态，很有能要用多自由度技术。要意识到的另外一件事情是，光标间不需要重叠或者覆盖整个频率区间。记住，我们是要试图提取参数，对系统辨识出每一阶模态的频率、阻尼和留数信息。

我们真的需要花更多的时间来讨论每种技术的全部细节，但是当下没有足够的时间来面面俱到。但是这个概述应该可以让你对所涉的某些概念有个初步认识。好好思考一下我们讨论过的内容，或许在下一次，我们可以更详尽地讨论每种技术。如果你有模态分析的任何其他问题，问我好了。

模态激励全新的解决方案-WaveHitMAX自动脉冲锤  

实验模态分析中必不可少的一环就是模态激励，昊量光电最新推出的这款智能冲击锤的发明为结构动力学应用提供了机械激励的新途径。智能意味着设备内部处理信号。模态锤WaveHitMAX保证了测试对象的全自动、可重复和高精度激励，而没有双重打击。用户可以根据不同的阻尼/延迟时间，设置撞击次数、冲击力和撞击之间的延迟时间。所有的预置，如零点或冲击力搜索，都是由锤子自动完成的。用户不再需要手动调整。

针对全自动冲击锤的研制，WaveHitMAX采用包括整个运动控制的闭环控制方法解决了这一问题。

 

图1. 用于脉冲锤内部运动控制的传感器-执行器控制回路示意图

对新型冲脉冲锤WaveHitMAX的系统设计进行了改进，使传感器信号作为运动控制单元的主要输入参数。这样，脉冲锤的手臂可以向上移动到试件的命中点，在那里，通过力传感器信号中的特征变化检测到接触事件，手臂的移动方向可以反转。

与半自动冲击锤相比，WaveHitMAX自动脉冲锤具有新的功能。内部信号处理的优点有:

• 全自动单击

• 自动搜索用户自定义的冲击力

• 自动零点搜索

• 确认对质量保证的影响

• 更改锤头与测试对象之间的位置，无需重新设置

WaveHitMAX自动模态力锤可以通过以太网在Windows设备(PC或平板电脑)上通过包含的软件快速、轻松地操作。

                                                                              

 自动模态脉冲锤特点：

• 自动零点搜索

• 可重复的单击激发

• 内部传感器评估和过程控制

• 自动搜索和调整冲击力

• 位置的变化是自动预测的

• 通过附件配置脉冲特性

• 通过远程控制或集成到客户系统中来触发功能

• 在德国设计和组装

• CE认证

1.确保单次激发

双重撞击激励可以在时域和频域检测到

 

2.丰富的配件支持

不同的传感器-尖端-配重的组合。

 

综述上文介绍WaveHitMAX - 第一款用于全自动冲击测试的智能脉冲锤，在全新的AI智能脉冲领域实现真正意义上的全自动智能脉冲锤！

如果您对WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：

https://www.auniontech.com/details-1495.html

 

关于Gfai tech

Gfai tech GmbH一直在生产和销售"德国制造"的声音和振动测量和分析创新产品超过15年。作为应用计算机科学促进会（GFai）的100%子公司，它始终以行业为导向和以应用为导向。

Gfai tech以第一台模块化和灵活的声学摄像机而闻名，用于声源的定位，可视化和分析。如今，该产品组合还包括实验模态分析的创新以及用于监测、分析和评估声学测量数据的完整软件解决方案。我们的测量解决方案应用于汽车、工业、空中交通、火车交通和研发领域的降噪、错误检测和声音设计。

上海昊量光电作为gfai tech公司在中国大陆地区独家的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于WaveHitMAX-全自动冲击测试的智能脉冲锤有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。

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