(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 202210598583.7 (22)申请日 2022.05.30 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710072 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 常晓通　朱江辉　林华刚　王路云　 (74)专利代理 机构 西安方诺专利代理事务所 (普通合伙) 61285 专利代理师 李思琼 (51)Int.Cl. G01D 21/02(2006.01) G01M 13/00(2019.01) G09B 19/00(2006.01) G06K 9/00(2022.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种用于结构动态载荷识别的教学实验平 台及其实验方法 (57)摘要 本发明公开了一种用于结构动态载荷识别 的教学实验平台及其实验 方法， 包括载荷输入子 系统、 测试与采集子系统和数据处理子系统； 载 荷输入子系统包括波形发生器、 信号放大器和激 振器； 波形发生器用于对不同形式的载荷波形进 行设定， 且波形发生器中设定的信号经过信号放 大器输入至激振器； 测试与采集子系统包括加速 度传感器、 力传感器和数据采集仪， 数据采集仪 与加速度传感器和 力传感器连接， 力传感器安装 在激振器的头部； 数据处理子系统与数据采集仪 连接， 基于正则化方法对数据采集仪采集的数据 进行载荷识别。 该实验平台可自主设定载荷， 通 过正则化方法对 各类载荷进行准确的识别， 能够 满足对于载荷识别的试验教学需求。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115031778 A 2022.09.09 CN 115031778 A 1.一种用于结构动态载荷识别的教学实验平台， 其特征在于： 包括载荷输入子系统、 测 试与采集子系统和数据处 理子系统； 所述载荷输入子系统包括波形发生器、 信号放大器和激振器； 所述波形发生器用于对 不同形式的载荷波形进行设定， 且所述波 形发生器中设定的信号经过信号放大器输入至激 振器； 所述测试与采集子系统包括加速度传感器、 力传感器和数据采集仪， 所述数据采集仪 与所述加速度传感器和力传感器连接， 所述力传感器安装在所述激振器的头部， 所述加速 度传感器安装在待测结构上与载荷加载点 不同的位置处； 所述数据处理子系统与所述数据采集仪连接， 基于正则化方法对所述数据采集仪采集 的数据进行 载荷识别。 2.根据权利要求1所述的一种用于结构动态载荷识别的教学实验平台， 其特征在于， 所 述正则化方法对数据采集仪采集的数据进行 载荷识别的具体方法包括以下步骤， S1： 建立载荷识别问题模型； S2： 采用滤波和截断奇异值分解的思想对载荷识别问题模型的解进行不适定性分析， 得到基于正则化处 理后的载荷识别结果。 3.根据权利要求2所述的一种用于结构动态载荷识别的教学实验平台， 其特征在于， 步 骤S1的具体操作包括以下步骤， S101： 建立动态载荷识别的关系； S102： 根据结构动力学理论， 将结构的响应表示 为第一类Fredho lm积分方程的形式 式中， y(x， t)是结构t时刻的系统响应， g(x， t)是结构系统算子函数， s(x， t)是未知x处 的载荷； 通过测点的响应y和已知结构系统响应算子g， 来确定结构系统的输入载荷s； S103： 将步骤S102中的积分方程进行时域离 散展开为 Y＝GS                         (2) 其中， 式中， Δt和Nt分别是离 散化的采样时间和采样点数； S104： 对步骤S103中时域离散展开的积分方程进行求解， 得到输入载荷S， 其中， S满足 得到最小二乘解权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115031778 A 24.根据权利要求3所述的一种用于结构动态载荷识别的教学实验平台， 其特征在于， 步 骤S2的具体操作包括以下步骤， S201： 由于响应的观测数据 不可避免地带有误差或者噪音， 将步骤S103中的方程(2)表 示为 GStrue+err＝Yerr               (4) 式中， Strue是实际的输入载荷， er r为扰动误差， Yerr为测量到的响应数据； S202： 对G做奇异值分解， 记为 G＝UDiag( σi)VT                 (5) 其中， U＝(u1， u2，…， un)， ui为G的左奇异向量； V＝(v1， v2，…， vn)， vi为G的右奇异向量， 它们满足 其中， δij为Kronecker函数， 满足δij＝1， 若i＝j， δij＝0， i≠j； σi为为矩阵G的奇异值； S203： 设G的逆矩阵存在， 利用上式(6)可以得到 S204： 对奇异值σi的逆 乘以一个滤波函数fα( σi)， 使得σ→0时， fα( σi)/σ→0； 若取滤 波函数为 则可得到 式中， σ 为矩阵G的奇异值变量， σi为σ 的具体值； α 为正则化参数； Sα为采用正则化方法得 到的解， I 为单位矩阵。 5.如权利要求1 ‑4任一项所述的一种用于结构动态载荷识别的教学实验平台得实验方 法， 其特征在于， 包括以下步骤， 步骤1： 检查并确保各个实验设备处于正常工作状态， 检查加速度传感器是否粘贴牢 固； 步骤2： 接通数据采集仪， 准备记录载荷与加速度数据； 步骤3： 对待测结构进行模态测试， 使用有限元软件建立待测结构的有限元模型用于校 核； 步骤4： 接通波形发生器， 在波形发生器中输入欲识别载荷的波形， 将波形数据输入至权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115031778 A 3