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应用VMD与Teager能量算子的结构模态系统辨识
标题：基于VMD和Teager能量算子的结构模态系统辨识
摘要：
结构模态系统辨识是结构工程领域中的一个重要问题，用于确定结构体系的动力学特性。本文提出了一种基于变分模态分解（VMD）和Teager能量算子的方法，用于结构模态系统的辨识。VMD通过将信号分解为若干个带通滤波器的线性结合，实现对信号的自适应分解，并提取信号的时频信息。而Teager能量算子则可以有效地捕捉信号的瞬态特征。通过将VMD和Teager能量算子相结合，我们可以获取结构模态系统的准确特征频率和振型，并能够辨识出结构的非线性特性。实验结果表明，所提出的方法在结构模态系统辨识方面具有较好的性能和鲁棒性。
关键词：结构模态系统辨识、变分模态分解、VMD、Teager能量算子
1.引言
结构模态系统辨识是结构工程领域的一个重要课题，对于结构体系的动力学性能分析、健康监测和结构优化具有重要意义。传统的模态分析方法往往依赖于离散傅里叶变换（DFT）、小波变换等频域分析技术，其在非线性结构体系中往往无法准确辨识特征频率和振型。因此，需要开发一种能够有效辨识结构模态系统的方法。
2.方法
2.1变分模态分解（VMD）
VMD是一种自适应信号分解方法，通过迭代分解并构造一组带通滤波器来分解信号。VMD将信号分解成若干个带通信号的线性组合，每个带通信号对应一个中心频率和带宽，且每个带通信号满足自适应稀疏性约束。通过变分问题求解，可以得到信号的时频信息。
2.2Teager能量算子
Teager能量算子是一种用于提取信号瞬态特征的算子，常用于非线性信号的分析。它通过对信号的平方和差分运算，可以有效地捕捉到信号的瞬态特征。在结构模态系统辨识中，Teager能量算子可以用于检测结构的非线性特性。
3.结果与讨论
实验结果表明，所提出的方法可以准确辨识结构模态系统的特征频率和振型，并能够识别出非线性特性。与传统的模态分析方法相比，VMD和Teager能量算子相结合的方法具有更好的性能和鲁棒性。此外，对于存在噪声和干扰的信号，该方法的辨识能力也较强。
4.应用前景
基于VMD和Teager能量算子的结构模态系统辨识方法具有较好的应用前景。它可以应用于结构体系的动力学性能分析、健康监测和结构优化等领域。此外，该方法可以与其他辨识技术相结合，进一步提高辨识能力和精度。
5.结论
本文通过将VMD和Teager能量算子相结合，提出了一种基于VMD和Teager能量算子的结构模态系统辨识方法。实验结果表明，该方法可以准确提取结构的特征频率和振型，并能够辨识非线性特性。该方法具有较强的性能和鲁棒性，具有广阔的应用前景。
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