一种基于状态空间模型的结构振动模态轨迹提取方法

周 胡，钱忠文，王 滨，高树健，刘福顺

（1.浙江省深远海风电技术研究重点实验室，杭州311122；2.中国电建集团 华东勘测设计研究院有限公司，杭州 311122；3.中国国电集团有限公司 浙江分公司，杭州 310000；4.中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室，山东 青岛 266100）

近年来，由于海上风能的稳定性和可靠性，海上风力发电机已经得到了持续的发展。自2010年以来，装机容量以每年30%的平均速率不断增长。然而，由于复杂的海洋环境作用，海上风力结构极易发生损坏，在过去的十年中，由于风机结构的损坏导致了多起事故的发生，仅在2014年就发生了约1 000起事故。由于高昂的安装和维护成本，对海上风力发电机的结构可靠性进行评估已经变得至关重要[1]。

海上风力发电机的轨迹是指其转子轴心相对于风机中心的运动轨迹，包含有风机运行的故障征兆信息，可以直观的反应风机的瞬时运动状态，是评估风机运行的重要状态特征参量。目前，对轴心轨迹的研究主要包括轴心轨迹提纯和辨识法两大类[2]。由于实际的振动信号会受到噪声的干扰，轴心轨迹十分复杂，难以从中获得清晰的特征，因此需要对轴心轨迹进行提纯，从而还原结构的轴心轨迹。轴心轨迹的辨识则是研究轴心轨迹的特征提取和识别。目前对于轴心轨迹的提纯和辨识主要是基于数字滤波、短时傅里叶变化和小波变换等[3]。这些方法都是采用一定的频段划分后，对原始信号进行滤波提纯[4]。但是在基于傅里叶变换的方法中，由于实测信号往往不满足周期性假设的前提，会导致分解结果不准确。……