一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量系统和方法与流程

本发明涉及计量科学、材料科学及信号处理交叉领域，特别涉及一种能够针对非时不变激励源进行参数实时捕捉并动态调整采集时机的测量系统和方法。

背景技术：

1、传统的激励-响应测试法通常假设激励源为时不变系统，即激励信号的参数，如振幅、周期和相位等，不随时间变化。以材料疲劳测试实验为例，高周疲劳测试法通常假定在指定幅度、周期和初相后，拉伸机能能够产生理想的正弦拉力，然后计算机控制被测物响应采集的采集时刻，实现跨周期指定相位时刻采集被测物响应。

2、然而现实中，实际物理设备（如拉伸机）受供电、发热、机械结构的影响，其输出信号常伴随缓慢的参数漂移和瞬间的参数抖动。若按照初始设定参数进行跨周期采集，会导致采样点严重偏离预期，从而引发分析结果失真。

技术实现思路

1、为了解决现有问题，本发明提供了一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量系统和方法，具体方案如下：

2、一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量系统，包括：

3、激励源，用于向被测物施加激励信号；

4、激励信号录制模块，用于实时采集所述激励信号的数据；

5、实时参数拟合模块，与所述激励信号录制模块连接，用于接收所述数据，并执行自适应动态异常消除的激励-响应测量算法，以实时计算最新的信号参数；

6、采集控制模块，与所述实时参数拟合模块连接，用于接收所述最新的信号参数，并基于所述参数生成采集触发指令；

7、被测物响应采集模块，与所述采集控制模块连接，用于根据所述采集触发指令采集被测物的响应信号。

8、本发明还公开了一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量方法，应用于权利要求1所述的系统，包括以下步骤：

9、s1、获取所述激励信号从初始时刻至当前时刻的样本序列，并采用滑窗方法将其划分为多个样本组；

10、s2、构建总体优化目标，所述总体优化目标由各样本组的拟合损失与其对应的权重的加权求和项、参数平滑约束项以及权重的正则化项共同构成；

11、s3、当获取到一个新样本组时，固定上一已优化样本组的参数和所有权重，对所述新样本组的参数进行局部优化求解；

12、s4、固定所有样本组的组内参数，以最小化所述总体优化目标为准则，进行全局优化求解，得到更新后的每个样本组的权重，其中，用于表征瞬态干扰的异常样本组被自动赋予低权重；

13、s5、根据更新后的权重，从最新的样本组中筛选出权重大于阈值的可靠样本组，将其参数作为最新估计参数，并基于所述最新估计参数预测下一采集触发时刻，输出触发指令。

14、优选地，所述步骤s1具体包括：

15、s11、定义所述激励信号为；其中x表示时间，a 表示振幅，ω 表示角频率，ϕ 表示初相，c 表示偏移常数；

16、s12、以预设的样本组长度k 和滑动步长 s，将样本序列划分为 m 个样本组，形成样本组序列 。

17、优选地，所述步骤s2中构建的总体优化目标为：

18、

19、满足约束条件：；

20、其中，m为样本组总数；为第 j个样本组的参数向量；为第 j个样本组的拟合损失； 为权重向量，αj为第 j样本组的权重；γω 为频率平滑约束系数，γo 为其余参数平滑约束系数，μ为权重正则化系数。

21、优选地，所述步骤s2中构建的总体优化目标还包括物理先验约束：；其中，为单样本组内允许的最大频率变化幅度。

22、优选地，所述步骤s3具体包括：

23、s31、对于当前获取的样本组 wj ，以已求解的上一相邻样本组的参数作为当前样本组的初值；

24、s32、固定θj−1和全局权重α，求解使当前样本组拟合损失 lj(θj)与参数平滑约束项之和最小化的θj 。

25、优选地，所述步骤s5中，基于所述最新估计参数，预测下一采集触发时刻的计算方法为：

26、设定目标采样相位ψ，则满足该目标相位的下一触发时刻为：

27、，其中，t为当前时刻。

28、本发明还揭示了一种计算机可读存储介质和一种计算机系统，其中，计算机可读存储介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行上述任一项所述的方法。一种计算机系统，包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如上述任一项所述的方法。

29、本发明的有益效果在于：

30、1、本发明通过引入实时参数拟合模块并将采集控制权转移给它，系统从开环预设变为闭环自适应，具备了对激励信号参数变化的实时感知与应对能力。

31、2、本发明的自适应抗干扰能力强，本发明首次将样本组权重作为优化变量纳入统一的损失函数框架，在全局优化过程中，表征漂移的正常样本组获得高权重，而表征抖动或瞬态干扰的异常样本组被自动降权或剔除，极大地提升了参数估计的鲁棒性。

32、3、本发明具有平滑且稳定的参数估计，本发明通过在优化目标中显式加入频率连续性约束项和其他参数的平滑约束项，有效抑制了因噪声引起的参数估计抖动和周期误判，使估计出的参数序列在时间上更加平滑、物理上更合理，尤其适用于周期缓慢拉伸的工况。

33、4、本发明预测采样的精度高，本发明基于可靠权重筛选和在线更新的参数进行未来触发时刻的精确预测，确保了在复杂、时变的激励条件下，跨周期同相位采样的准确性和可靠性，从源头保证了响应信号采集与后续分析的有效性。

1.一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量系统，其特征在于，包括：

2.一种能自适应动态异常消除的激励-响应测量方法，应用于权利要求1所述的系统，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤s1具体包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中构建的总体优化目标为：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中构建的总体优化目标还包括物理先验约束：；其中，为单样本组内允许的最大频率变化幅度。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s5中，基于所述最新估计参数，预测下一采集触发时刻的计算方法为：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：介质上存有计算机程序，计算机程序运行后，执行如权利要求2至7中任一项所述的方法。

9.一种计算机系统，其特征在于：包括处理器、存储介质，存储介质上存有计算机程序，处理器从存储介质上读取并运行计算机程序以执行如权利要求2至7中任一项所述的方法。