第
30
卷第
2
期
振动与冲击
JOURNAL
OF
VIBRATION
AND
SHOCK
Vo
l.
30
No.2
2011
基于全局非线性可分离的最小二乘法的飞机颤振模态参数辨识
王建宏,王道波
(南京航空航天大学自动化学院,南京
210016
)
摘
要:考虑在输入-输出数据都带有噪声的前提下,将偏差补偿最小二乘算法(
CLS)
进行推广得到非线性可分
离的最小二乘算法(
NSLS)
。采用适用于噪声环境的非线性可分离的最小二乘算法可准确地辨识飞机的颤振模态参数,
该算法结合传递函数模型,将带噪声系统的辨识问题转化为非线性可分离的最小二乘问题。利用该算法,两噪声的方差
值和传递函数中的模型参数可分离地估计出来。最后利用试飞试验数据辨识飞机的系统参数,验证了该方法的有效性。
关键词:参数辨识;最小二乘法;可分离的非线性最小二乘;颤振
中图分类号:
T
P2
73
文献标识码
:A
Global
nonlinear
and
separable
least
square
algorithm
for
parameter
identification
of
an
aircraft
f1
utter
model
WANG
Ji
α
n-hong
,
WANG
D
α
o-bo
(College
of
Automation
Engineering ,
Nanjing
University
of
Aeronautics
and
Astronautics
,
Nanjing
210016 , China)
Abstract:
Here
, the biased
and
compensated least -square method
(CLS)
was extended to get the nonlinear
and
separable
least
square
(NSLS)
one considering the collected input-output
data
mixed with noise. The nonlinear
and
separable
least
square
algorithm was adopted for aircraft
f1
utter
modal
parameter
identification
under
noisy environment.
Combined with a rational transfer function model , the identification of a system with noisy
data
is converted into a
nonlinear
and
separable least
square
problem. Using this algorithm , the noise variance parameters
and
the model
parameters could
be
obtained separately. The simulation with real
f1
ight test
data
showed the efficiency
of
the proposed
algorithm.
Key
words:
parameter
identification;
least-square
method;
nonlinear
and
separable
least-square;
f1
utter
颤振是飞机定常气动力和弹性结构交互作用的结
果。为避免颤振引起的灾难性后果,飞机试飞前需要
在风洞中进行结构相似,刚度相似的模型颤振试验,然
后在空中进行亚临界颤振试验。颤振辨识通常是在亚
临界条件下作试验,从试验数据辨识出气功弹性搞合
系统的弯曲,扭转的频率和阻尼,并据此推出颤振临界
速度,进行颤振飞行边界预测,提供飞机的适航条件。
通常利用颤振试飞数据辨识飞机结构的模态参数(频
率和阻尼系数)
,传统的辨识方法在处理噪声较大的试
验数据时,很难准确辨识模态参数,尤其阻尼系数这类
对噪声较敏感的参数。
文献[
1
J
采用一种适用于噪声环境的广义整体最
小二乘法,辨识飞机的颤振模态参数。但是广义整体
基金项目:国家自然科学基金资助项目
(60874037
)
收稿日期
:2009-09-1
1
修改稿收到日期
:2010-09-05
第一作者王建宏男,博士生,
1980
年生
通讯作者王道波男,教授,博士生导师,
1957
年生
•
最小二乘法的计算复杂度很大,并且由此所得的参数
估计值具有较差的随机渐进性和有偏性。文献
[2J
利
用频域极大似然估计法
(ML)
辨识模型参数,但是极大
似然估计的非线性损失函数需要借助于优化迭代算法
求取极小值点,在噪声较大的情况下,迭代算法将有可
能收敛到局部最小点。文献
[3
]采用频域子空间来辨
识飞机颤振模态参数,为克服噪声的影响,将噪声方差
作为加权项引入到算法中。但在频域子空间辨识法中
需要对输人和输出信号做离散傅里叶变换,此时若样
本区间不是周期信号时,由于样本截断会引起混叠和
泄露现象,所以在做离散傅里叶变换时需要通过加窗
函数来减小混叠和泄露现象的产生
O
在工程应用中常
采用海宁窗函数来降低泄露现象产生的偏差。但对于
小数据序列,海宁窗函数在最终的参数估计中会带来
偏差,特别是针对阻尼系数尤为严重。为解决上述问
题,本文在观测的输入和输出数据都被噪声污染的情
况下,对偏差补偿最小二乘法(
CLS)
进行改进,得到一
种非线性可分离的最小二乘法(
NSLS)
。利用
NSLS
可