Realization of highly accurate estimation of structural vibration characteristics by blind deconvolution and Bayesian inference

通过盲反卷积和贝叶斯推理实现结构振动特性的高精度估计

• 批准号: 22K18830
• 负责人: 古川 愛子
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18830/
• 关键词: 構造ヘルスモニタリング; 振動特性の高精度推定; ブラインド・デコンボルーション; 部分空間法; 数値実験; 実橋実験; ベイズ推定

最初に簡単な外力を用いた数値解析により検討を行った．まず，起振機により構造物が振動するとき，地盤震動で構造物が振動するとき，起振機と地盤震動の両方で構造物が振動するときを想定した．地盤震動はホワイトノイズで作成した加速度を入力し，応答にはホワイトノイズを加えた．起振機と地盤震動の両方で構造物が振動するときの応答を，ブラインド・デコンボルーションによって起振機による応答と地盤震動による応答に分離することを試みた．ブラインド・デコンボルーションの手法としてスペクトログラムと独立成分分析を組み合わせる手法を用いた．起振機の外力が正弦波であるときは分離することができたが，起振機の外力をホワイトノイズにしたり，ハンマー加振を想定したときは分離できなかった．様々な前処理方法を試したが十分な精度が得られなかった．起振機の外力が正弦波で地盤震動がホワイトノイズの場合は，2つの外力に独立性があるため分離し易かったと思われる．並行して，部分空間法にチャレンジした．これまで伝達関数を利用して固有振動特性を推定することを考えていたため，加振源毎に異なる手法を採用する必要があると考えていた．部分空間法を用いることにより，加振源を問わず同じ状態空間モデルで表現できる．ただし，加振源毎に外力の特性が異なる．数値解析では，理想的なホワイトノイズを混入したためか，精度よく固有振動特性を推定することが可能であった．ただし，データの前処理が重要であり，前処理をしないと推定精度が低下することもわかった．実橋の振動実験データに適用したところ，フーリエスペクトルから目視で読み取る手法に比べて，固有振動数，モード形状ともに僅かではあるが良好な精度で推定することが可能であった．実橋実験では僅かに改善しただけであったのは，実際の外乱や計測ノイズが数値解析で想定したようなホワイトノイズではないためではないかと考察している．

首先，我们使用简单的外力进行了数值分析。首先，我们假设结构会因激振器而振动，当结构因地面晃动而振动时，以及当结构因激振器和地面晃动而振动时。对于地面振动，输入由白噪声产生的加速度，并将白噪声添加到响应中。我们尝试使用盲解卷积将结构由于激振器和地面晃动而振动时的响应分离为激振器引起的响应和地面晃动引起的响应。我们使用了频谱图和独立分量分析相结合的方法作为盲反卷积方法。当激振器的外力为正弦波时可以分离，但当激振器的外力为白噪声或假定锤子振动时则无法分离。尽管尝试了各种预处理方法，但仍无法获得足够的精度。如果激振器的外力是正弦波，地面振动是白噪声，则更容易将这两个外力分开，因为它们是独立的。同时，我们尝试了子空间方法。到目前为止，我们一直考虑使用传递函数来估计自然振动特性，因此我们认为有必要对每个激励源采用不同的方法。通过使用子空间方法，无论激励源如何，都可以使用相同的状态空间模型。然而，外力的特性根据激励源的不同而不同。在数值分析中，可以高精度地估计自振特性，这可能是因为混合了理想的白噪声。然而，我们还发现数据的预处理很重要，如果不进行预处理，估计精度就会降低。当应用于实际桥梁的振动实验数据时，与目视读取傅里叶频谱的方法相比，可以以更高的精度（尽管精度稍差）来估计固有频率和振型。我们认为，实际桥梁实验仅略有改善的原因是实际扰动和测量噪声不是数值分析中假设的白噪声。

项目成果

ダンパーを有するケーブルにおけるダンパーモデルに依存しない張力推定手法の開発

开发独立于阻尼器模型的带阻尼器电缆的张力估计方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 杉町悠真;古川愛子;武市知大
• 通讯作者: 武市知大

部分空間法に基づくシステム同定を用いたケーブルの固有振動特性の推定に関する研究

基于子空间法的系统辨识估计电缆自振特性研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 姜民九;古川愛子
• 通讯作者: 古川愛子

ニールセンローゼ橋における3本のケーブルの張力同時推定手法

Nielsen-Rohse 大桥三索拉力同时估算方法

• 发表时间: 2023
• 作者: 古川愛子;高鶴憲正;武市知大
• 通讯作者: 武市知大