用于识别具有不连续非线性的机械系统的切换高斯过程潜势力模型
信号处理
2023-07-26 v1
摘要
本文提出了一种用于识别机械系统中由摩擦接触等产生的不连续和非光滑非线性力的方法，该类机械系统可用单自由度模型近似。为处理这些非线性在动态响应中引入的急剧变化与多种运动模态，我们将部分已知的基于物理的模型与系统对已知输入力的带噪响应测量相结合，置于一个切换高斯过程潜势力模型 (GPLFM) 中。在该灰箱框架中，多个高斯过程用于跨不同运动模态建模未知非线性力，且一个重置模型可生成不连续性。系统状态、非线性力与模态转移通过使用切换线性动力系统的滤波与平滑技术进行推断。所提切换 GPLFM 应用于一个模拟干摩擦振子以及一个由黄铜-钢接触的单层框架构成的实验装置。在以下变化条件下，识别出的非线性且不连续的摩擦力结果优异：(i) 接触中的法向载荷幅值；(ii) 测量噪声水平；(iii) 数据集中的样本数。此外，识别出的状态、摩擦力与运动模态序列被用于评估：(1) 不确定系统参数；(2) 摩擦力-速度关系；(3) 静摩擦力。对不连续非线性力的正确识别及其预测中剩余不确定性的量化，使得能够实现一个精确的向前模型，可预测系统对不同输入力的响应。
引用
@article{arxiv.2303.03858,
title = {A switching Gaussian process latent force model for the identification of mechanical systems with a discontinuous nonlinearity},
author = {Luca Marino and Alice Cicirello},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.03858},
year = {2023}
}