Ontwerp en validatie van gevorderde systeemidentificatietechnieken voor Operationele Modale Analyse in aanwezigheid van eXogene ingangsignalen (OMAX)

  • Pintelon, Rik, (Administrative Promotor)

Projectdetails

!!Description

In vele werktuigkundige en bouwkundige toepassingen worden de trillingsmetingen uitgevoerd in zgn. "operationele" condities. Denk bijvoorbeeld aan bruggen/gebouwen die door het verkeer/de wind geëxciteerd worden of aan "Flight Flutter Testing" waarbij de vliegtuigvleugels bij de verschillende vluchtcondities door windstoten en turbulenties geëxciteerd worden. Deze operationele of natuurlijke krachten kunnen meestal niet opgemeten worden ("ongekende ingangssignalen"). Om het dynamisch trillingsgedrag van structuren onder bedrijfsomstandigheden te identificeren aan de hand van de opgemeten responssignalen werden er aangepaste "output-only" systeemidentificatietechnieken ontwikkeld. Deze vrij recente discipline noemt men de "Operationele Modale Analyse" (OMA). Operationele testen kunnen aanzienlijk verschillen van laboratoriumtesten. De randvoorwaarden en belastingscondities zijn meestal verschillend waardoor b.v. bestaande niet-lineaire effecten gelineariseerd worden rond verschillende werkingspunten. Tijdens operationele testen wordt de invloed van de omgeving beter in beschouwing genomen (voorbelasting, aëro-elastische interacties, ...). Verder biedt de OMA nieuwe mogelijkheden zoals de "in-situ" diagnose van structuren en machines (schadedetectie). Dit verklaart de grote belangstelling die er bestaat voor efficiënte systeemidentificatie- technieken die in staat zijn om valabele modellen te extraheren rechtstreeks uit operationele data.



De huidige OMA aanpak heeft echter ook nadelen. Zo is het niet mogelijk om het volledig modaal model te identificeren met een "output-only" aanpak (de modevormen zijn slechts op een schaalfactor na bepaald). Verder worden sommige trillingsmodes niet altijd voldoende geëxciteerd door de operationele krachten. Naast de operationele krachten zijn bijgevolg eveneens externe actuatoren vereist om de structuur voldoende te exciteren. Deze gecontroleerde "exogene" ingangssignalen zijn meetbaar en kunnen eveneens geoptimaliseerd worden. Daar men nu over zowel ingangs- als uitgangssignalen beschikt, maakt men in de praktijk gebruik van "input-output" schatters (de klassieke "Experimentele Modale Analyse" aanpak). Bij de "Experimentele Modale Analyse" (EMA) wordt de excitatie ten gevolge van de omgeving (de operationele krachten) beschouwd als "stoorruis". Deze stoorruis wordt geëlimineerd door de gebruikte "input-output" systeemidentificatietechnieken. De "Operationele Modale Analyse" aanpak daarentegen maakt enkel gebruik van deze zgn. "stoorruis" (de opgemeten exogene ingangssignalen worden niet in beschouwing genomen tijdens de schatting). Er is dus nood aan een gemengde experimentele/operationele systeemidentificatiemethodologie die zowel de gekende krachten (exogene ingangssignalen) als de (ongekende) operationele krachten in beschouwing neemt om een zo nauwkeurig mogelijk model te identificeren.



Deze vaststelling heeft eveneens vrij fundamentele implicaties op de bestaande generieke systeemidentificatietechnieken zoals b.v. de "errors-in-variables" frequentiedomein "Maximum Likelihood" (ML) schatter. Men kan aantonen dat, ten gevolge van de gebruikte uitmiddelingstechnieken bij het bepalen van het niet-parametrisch ruismodel, de ML schatter niet meer statistisch efficiënt is in deze situatie. De gebruikte uitmiddelingstechnieken elimineren de invloed van de stoorruis of, met andere woorden, de bijdrage van de (stochastische) operationele krachten. Men kan dus besluiten dat de bestaande generieke systeemidentificatietechnieken houden geen rekening met de specifieke eigenschappen van de zgn. "stoorruis" in mechanische/bouwkundige systemen. Dit aspect is heel belangrijk indien men zulke systemen wenst te modelleren in bedrijfsomstandigheden waar veel stoorruis aanwezig is ten gevolge van de ongekende operationele krachten. Belangrijke toepassing hiervan zijn de "monitoring" van civiele constructies zoals bruggen; de "in-situ" detectie van schade in o.a. veiligheidskritische vliegtuigonderdelen en composietmaterialen; het nauwkeurig modelleren van b.v. landbouwkundige voertuigen in operationele condities of vliegtuigvleugels bij verschillende vluchtcondities ("flight flutter testing").



Binnen het klassieke prediction error raamwerk kunnen parametrische ruismodellen geschat worden die gemeenschappelijke polen hebben met het systeemmodel. Dit laat om rekening te houden met zowel de aangelegde als de operationele (ongekende) krachten. Deze klassieke aanpak houdt echter geen rekening met het feit dat voor de operationele krachten gezien, de actuator deel uitmaakt van het systeem. Dit veroorzaakt een o.a. een verschuiving van de resonantiefrequenties en dus een conflict met het systeemmodel gezien vanuit de opgelegde krachten.
AcroniemOZR978
StatusGeëindigd
Effectieve start/einddatum1/01/0431/12/07

Flemish discipline codes

  • Mechanical and manufacturing engineering
  • Electrical and electronic engineering