模态空间是Peter Avitabile教授发表的系列模态解读文章。Peter Avitabile教授是美国麻省大学洛威尔校区UMASS Lowell机械工程系结构动力学和声学系统实验室的副主任，以及模态分析和控制实验室的主任。Peter Avitabile教授以略带口语化、生动而又幽默的语言，在每篇文章中集中介绍试验模态分析的一个主题，是非常好的试验模态分析的入门文章。它涉及到了试验模态分析的方方面面，是模态试验新手的入门极佳材料，学习它有助于理解什么是试验模态，以及取得高质量的模态参数。
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。
模态空间系列（四十九）趣味解读模态世界--对大阻尼模态，在所测频响中看不到它们时，可以提取出模态参数吗？
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对大阻尼模态，当在所测的频响函数中看不到它们时，可以提取出模态参数吗？
我们讨论一下这个问题，举一个例子来说明
现在，这些年来这个问题我已经听过很多次了。在很多方面，答案是既能又不能。你当然可以从频响函数中提取大阻尼模态！但是你需要知道在频响中有一个根，并且确认你测量了很好的结果，这样一来可以提取出这个根。我们用一个例子详细说明这个问题，来帮助表明参数估计算法是非常健壮的，非常适合于提取大阻尼的根。
为了说明这点，我将要借助于一个我们已经用过很多年的简单模型。它是一个非常简单的2自由度质量-弹性-阻尼系统，具有非比例阻尼。运动方程、质量、阻尼和刚度定义如下
这些矩阵可以用来提取复数解（频率，阻尼和模态振型）。另外，可以综合出频响函数来仿真一组采集的数据。在这个例子中，只有一个参考点，位于第1自由度上，用来生成频响函数矩阵的一行，如图1所示。很显然，在频响函数幅值的峰上只能观察到一阶模态。如果我们只是观察函数的幅值，那么好像系统中只有一阶模态。但是如果也观察相位，那么有一种指示表明，可能在感兴趣的频带内不仅仅只有单独一阶模态。（对于这个例子，在这个频带内确实有两阶模态。）
但是最大的问题是，“模态参数估计算法可以提取出系统留数的合理（准确）值吗？”，为了提取留数，作为一个用户，必须确定正确阶数的模型。如果只要求一阶模态，那么显然将只估计出一阶模态 – 并且它有可能提供其中一个根的幅值估计。另外如果模型是超定的，带有太多的模态，那么结果也同样有可能失真 –对一阶或者两阶模态可能会有一个合理的估计，但也很有可能它们被估计的很糟糕。
现在如果确定了正确阶数的模型，那么会估计出正确的模态参数吗？用一个2自由度正交多项式估计算法进行拟合（在很多商业软件包中很流行），提取出的留数见表1。
表1 – 由正交多项式算法提取出来的根
这些实际上是极点，能够从对上面展示的非比例系统矩阵的复数特征值求解中得到。从这个表格中，你可以看出在同一个频率上有两个根，一个是5%的临界阻尼而另一个是40%的临界阻尼，这是非常大的阻尼。现在继续下去，可以按照相同的方式提取出留数。H11和H12的留数分别如表2和表3所示。这些留数与分析留数吻合的很好，由用来生成频响函数的分析模型中确定分析留数。
表2/3 – 由正交多项式算法提取出来的H11/H12留数
现在根据这个简单的例子，显然，模态可以从频响函数中提取出来，并且它与系统的阻尼无关 – 不管它是小阻尼还是大阻尼，并且不管它是比例阻尼还是非比例阻尼系统。
这里我们可以很清楚…模态参数估计算法是功能非常强大的拟合算子，非常普遍地用在了今天的大多数商业软件包中。问题不在于拟合算子，而是在于测量结果以及使用软件的工程师。
显然，工程师需要有一些指示，指示在给定的频带内有一定数量的根 – 或者是根据模态指示函数工具或者根据先验知识指示出在给定的频带内有一定数量的根。尽管通常拟合算子非常稳健，但是很多次我发现，有时候模态指示工具对频带内的根的数量不能提供一个清晰的、一致的指示。比这更经常的是，通常采集了一组非常糟糕的测量结果，认为它们不适合于提取模态参数。
问题大多数时候在于实际的测量结果。通常情况下，它们质量不够好，不足以提取准确的模态参数。多数情况下，这是简单乏味的事实。
另外一种情况是，结构含有相对的大阻尼和伪重根。图2中的模态指示工具显然有助于确定模态的数量。提取出来的根如表4所示。这里包含这个例子是为了说明，必须同时使用所有的工具来协助模态参数估计过程。
图2 – 频响之和，多变元模态指示函数，复模态指示函数，稳态图
表4 – 时域多参考点提取
我希望这个小小的讨论已经解释清了含有大阻尼和伪重根的模态参数估计。只要提供良好的测量结果，模态参数估计算法就能够提取出这些根。但是良好的测量结果是关键因素。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
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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。
关于昊量光电：
昊量光电 您的光电超市！
上海昊量光电设备有限公司致力于引进国外先进性与创新性的光电技术与可靠产品！与来自美国、欧洲、日本等众多知名光电产品制造商建立了紧密的合作关系。代理品牌均处于相关领域的发展前沿，产品包括各类激光器、光电调制器、光学测量设备、精密光学元件等，所涉足的领域涵盖了材料加工、光通讯、生物医疗、科学研究、国防及前沿的细分市场比如为量子光学、生物显微、物联传感、精密加工、先进激光制造等。
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