(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211219536.3 (22)申请日 2022.09.30 (71)申请人 上海交通大 学 地址 200240 上海市闵行区东川路80 0号 (72)发明人 张振果　魏烨　谌勇　刘儒梁　 (74)专利代理 机构 上海汉声知识产权代理有限 公司 3123 6 专利代理师 黄超宇　胡晶 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06K 9/00(2022.01) G06K 9/62(2022.01) G06F 111/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合 识别方法 (57)摘要 本发明公开了一种舰船螺旋桨轴承力和轴 系参数的联合识别方法， 利用轴系上布设的非接 触式遥测系统采集环境激励下的轴系振动响应 数据， 通过运行模态分析进行周期 ‑随机响应分 离和桨‑轴系统运行模态参数识别； 将关键轴系 参数和螺旋桨动态载荷视为具有先验概率分布 的随机参数， 基于有限元模型和Kriging响应面 方法建立系统代理模型； 将识别的模态参数和周 期响应作为参考数据， 利用贝叶斯推断和代理模 型对螺旋桨轴承力和轴系参数同时进行反演， 进 而为舰船振动噪声的准确预报、 优化设计和有效 控制提供关键 输入参数。 权利要求书3页 说明书8页 附图5页 CN 115495958 A 2022.12.20 CN 115495958 A 1.一种舰船螺 旋桨轴承力和轴 系参数的联合识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤S1： 在轴系上布设振动响应测量传感器监测关键部位振动响应， 运转过程中通过 非接触式遥测系统实时采集轴系振动响应数据， 对响应数据进行降噪或滤波等预处理， 并 按时间间隔Δt进行 数据分段； 步骤S2： 根据 步骤S1中舰船推进轴系实际结构， 采用Timoshenko梁对轴段等效， 采用弹 簧‑阻尼支承对联轴器、 传动装置、 中间轴承和 推力轴承进行等效， 采用具体平动和转动惯 量的刚性圆盘对联轴器主/从动端、 推力盘和螺旋桨进行等效， 进而建立桨 ‑轴耦合系统的 有限元模型； 步骤S3： 针对第k段 数据， 进行振动响应周期分量和随机分量的分离； 步骤S4： 以步骤S1和步骤S3得到的测量数据为支撑， 利用贝叶斯推断和步骤S2获得的 系统模型对螺 旋桨轴承力和轴 系参数同时进行反演； 步骤S5： 以步骤S4获得的参数后验概率分布作为第k+1时间段的先验概率分布， 并重 复 步骤S2‑S4可获得第k+1时间段内参数后验概率分布函数， 以此类推， 可获得各时间段内螺 旋桨轴承力和轴 系参数的后验概 率分布函数。 2.根据权利要求1所述的一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法， 其特征 在于， 步骤S1包括以下内容： 针对第k段响应数据， 利用随机子空间识别方法或频域分解法进行工作模态分析， 识别 桨‑轴系统运行模态参数； 对第k段响应数据进行短时傅里叶变换， 获取轴 系响应信号的时频 特征： 利用基于STFT的谱峰度或谱信息熵作为指示函数， 检测振动响应中的谐波分量频率， 并据此将识别的模态参数划分为共 振模态参数和运行模态参数。 3.根据权利要求1所述的一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法， 其特征 在于， 步骤S2包括以下内容： 将关键轴系参数和螺旋桨动态载荷视为随机参数， 利用Kriging响应面方法或 Kriging‑PCE方法建立包含模态参数和频率响应的模型输出量与随机变量间的代理模型， 用以逼近模型输出量和随机参数的隐含 对应关系。 4.根据权利要求3所述的一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法， 其特征 在于， 步骤S2中， 在代理模型的基础上， 建立模型输出量的参数敏感性分析模型， 基于全局 灵敏度分析方法定量分析各随机参数对模态参数和振动幅值的影响程度， 进而筛选 关键影 响参数以降低参数维数， 并据此重复步骤S2获得 更新后的代理模型。 5.根据权利要求1所述的一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法， 其特征 在于， 步骤S3包括以下步骤： 步骤S31： 针对第k段 数据， 利用Hi lbert变换获得 各测点有偏频响函数 式中， 下标i为测点标号(i＝1， 2， ...N)， H( ·)表示Hilbert变换， 为第i测点响应的权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115495958 A 2自功率谱密度， ω为角频率； 步骤S32： 通过修 正的极点 ‑残差模型重构 S31所获得的有偏频响函数 FRF： 式中， 为所考虑频段内nm阶共振模态贡献之和， Rm为 在极点sm处的留数， RL和RU分别为表征所考虑频段剩余模态影响的上、 下残差， Hh 为运行频响， 可表示 为： 式中， nh为S5中识别的谐波数目， 为极点且 其中ωn为S5中 识别的第n组谐波频率， ζn为相应阻尼系数， 为Hh(ω)在极点 处的留数； 步骤S33： 采用频域最小二乘方法求解Rm、 RL、 RU和 进而可分别获得 和Hh(ω)， 从 而实现周期 ‑随机响应分离 。 6.根据权利要求1所述的一种舰船螺旋桨轴承力和轴系参数的联合识别方法， 其特征 在于， 步骤S4包括以下步骤： 步骤S41： 假设由步骤S2确定的Nθ组随机变量 相互独立， 当k＝1， 随机变量 满足给定初始概率分布 若k＞1， 则第k ‑1 步后验分布作为当前 先验信息 则参数向量 的先验概 率分布为： 步骤S42： 将测量数据集Dk通过误差函数将其与基于步骤S2代理模型的预测结果关联， 假设测量数据与仿真数据之间的误差可以用高斯随机变量描述： 式中， 和 为步骤S1识别的共振模态频率和步骤S3识别的运行频响幅值， λi和hk为基 于步骤S2代理模型预测的共振模态频率和运行频响幅值， eλi， k和ehn， k为零均值、 标准差σλi， k 和ehn， k的高斯随机误差变量； 步骤S43： 根据步骤S42构造描述测量数据和随机变量关系的似然函数： 式中， 和 分别为关于 和 的似然函数：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115495958 A 3