A novel instantaneous frequency estimation method for operational time-varying systems using short-time multivariate variational mode decomposition

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作者
Shuaishuai Liu,Rui Zhao,Kaiping Yu,Baopeng Liao,Bowen Zheng
出处
期刊:Journal of Vibration and Control [SAGE Publishing]
卷期号:29 (17-18): 4046-4058 被引量:4
标识
DOI:10.1177/10775463221109699
摘要

Operational modal identification of time-varying systems plays a crucial role in assessing the health condition and controlling the dynamic properties of engineering structures. However, only the response is measurable, making it challenging. Based on the variational mode decomposition (VMD) theory, this paper presents a short-time multivariate or multi-channel VMD (STMVMD) method for instantaneous frequency (IF) identification of time-varying structures in the case of output-only measurements. The idea of short-time windows overcomes the shortcoming of many VMD-based methods that employ the narrowband assumption of intrinsic mode functions (IMFs) and cannot decompose non-stationary signals involving closely-spaced wideband IMFs. After obtaining the multivariate IMFs by STMVMD, an average scheme is employed to estimate IFs, reducing the noise sensitivity of Hilbert Transform. Moreover, by tracking the center frequencies of STMVMD at different moments, another more noise-robust IF estimation method is also presented. A series of numerical and experimental examples illustrate the advantages of the proposal.
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