基于ELMD和KNN分類器的船體砰擊載荷檢測算法研究.pdf

1、隨著船舶行業(yè)技術的迅猛發(fā)展，船舶結構安全的重要性也日益突出。船舶結構監(jiān)測系統(tǒng)可以實時統(tǒng)計監(jiān)測船體各部位的應力數(shù)據(jù)，進而得到船舶結構安全的評估。船舶結構監(jiān)測系統(tǒng)采集的信號中包含了船體在水中航行時受到的砰擊載荷分量。高強度的砰擊載荷會對船體結構造成影響，威脅到船舶的安全。低強度的砰擊載荷對船體的影響屬于累積式的損傷，當其長時間作用于船體時會對船體結構造成累積損傷，破壞船舶整體結構。通過對砰擊載荷信號的檢測識別，可以結合當前海況對船體結構的安

2、全進行評估，并根據(jù)安全等級進行預警，進一步保障船舶在水域航行時的人身財產(chǎn)安全。因此，對砰擊載荷檢測識別的研究具有重要的理論與實際意義。
　　砰擊載荷信號是一種非平穩(wěn)、非線性的復雜信號。針對砰擊載荷信號的特點，本文提出了一種基于總體局域均值分解（ELMD）和K最近鄰（KNN）分類器的砰擊載荷檢測方法。本文首先將局域均值分解（LMD）與傳統(tǒng)的時頻分析方法和希爾伯特黃變換（HHT）進行比較，可知LMD可以獲得較好的時頻分析結果并且不會分

3、解出干擾項，因此LMD更適合用來作時頻分析。其次利用LMD的改進算法—ELMD方法對采集的數(shù)據(jù)進行分解，并提取砰擊信號的樣本熵、能量熵和邊際譜幅度比作為砰擊載荷的特征，組成特征向量。最后將特征向量與KNN分類器相結合，實現(xiàn)砰擊載荷的檢測識別。通過實驗結果可知，本文提出的方法具有計算量小并且準確率較高的特點?？梢詰迷诖敖Y構監(jiān)測系統(tǒng)中，實時的檢測船舶受到的砰擊載荷，保護船體的結構安全。
　　本文研究的內容主要包括以下幾個方面：

4、r>　　首先詳細闡述了LMD的基本原理，簡單介紹了短時傅里葉變換等傳統(tǒng)時頻分析方法和希爾伯特黃變換，并比較各種時頻分析方法的效果，說明了LMD方法與其他時頻分析方法相比的優(yōu)越性。
　　其次介紹了砰擊信號的分類及數(shù)學模型。并對LMD算法的一種改進算法—ELMD進行了闡述。接著，利用LMD、集成經(jīng)驗模態(tài)分解（EEMD）和ELMD三種方法，分解包含間歇信號的多分量信號，并進行比較。最終將ELMD作為原始信號的分解方法，通過分解結果的對比