MODAL SPACE – IN OUR OWN LITTLE WORLD
模态空间 – 在我们自己的小世界中 Pete Avitabile(著) KSI科尚仪器 董书伟（译）
用MIMO对比SISO进行模态试验,真的有差别吗？
你断定有 – 那我们讨论一下这个问题
2014年04月11日 发布 ver1.0
嗯，这个问题我听过很多次了。我猜测其实这主要是由于进行MIMO试验需要购买额外的硬件和软件。所以这就需要说出MIMO确实比SISO更好的理由。
上一次我们讨论过，用一个激振器并“调出信号”可能激起结构上的非线性，那么总体频响可能受此影响。所以根据那个数据，很明显单个激振器不可能提供用于模态参数估计的最好的频响函数。
我经常看到人们尝试的另外一种方法是使用一个激振器，但为了得到希望的参考点数量，接着移动激振器到所有不同位置。表面上看这好像是个有效的解决办法，但这个方法有些限制。第一个问题如同我们早已讨论的那样 – 用一个激振器，需要更高的力的幅度以便在结构所有测量位置上都得到充分的响应。
现在单个激振器对那些不太复杂的结构或许有效，它们含有多个部件和子结构，按照一种在子结构内能量以最小程度流动的方式连接在一起。当部件彼此之间隔开时，情况大为不同。这种情况下仅仅用一个激励源，很难在结构所有部位上都得到充分的响应。需要多个参考点。
那么我们来讨论一下根据单个激振器来采集数据的困难，单个激振器移动到不同参考点位置来采集多参考点频响数据。令人遗憾的是，我见过的很多试验和数据不能为公众开放。故作为替代，在实验室内组装了一个更简单一点的结构，它含有复杂结构中所有常见的特征，安装了部件和子系统来减少结构(隔离的)中能量的流动。
实验室结构如图1所示。这个结构用安装到框架上的3个部件组装而成。依次采用非常软的、中等软硬和非常坚固的安装方式，来安装每个部件。现在这个主框架和附属结构确实具有某种特有的“令人讨厌的”格格声和噪声，给频响数据的采集带来困扰；没有试图减少任何此类噪声源，事实上为了说明一类典型的结构测量结果，它们是受欢迎的。
图1 – 带隔离部件的实验室结构
按照多种不同的配置方式对结构进行了测试，而此处仅仅提供其中的几种来说明用单个激振器设置和用多个激振器设置来采集的频响问题。三个激振器参考位置如图1所示。
现在利用每个激振器分别进行试验，从结构上采集频响数据，同时采集了多参考点MIMO数据。但是，为了得到最优可能的测量结果，单个SISO激振器试验需要更大的力激励量级以得到更恰当的测量结果；为了得到令人满意的频响测量结果，MIMO设置需要更低的力激励量级。
为了对比所有测量结果，比较了几个频响。所有频响中，安装在框架上的激振器取做参考；也可以采用其他参考并产生完全相同的结果，如接下来所示。图2，3和4中，红色频响是根据SISO试验得到，而黑色频响是根据MIMO试验得到。所显示的两个测量结果是从框架到连接部件的跨点频响，有一个测量结果是框架自身上的驱动点频响。
图2 – 跨点频响，从部件（1）到框架（F）参考点
图3 – 跨点频响，从部件（2）到框架（F）参考点
图4 – 驱动点频响，框架（F）到框架（F）参考点
乍看之下，图2，3和4中的数据看上去没有特别大的不同，并且我知道很多人实际上可能会说数据非常好。但是如果你开始仔细观察某些互易的频响，那么情况就很非常明显了，对于所做的每个不同的SISO试验，频响的峰没有对齐在一起。那么这就带来不同组数据之间的差别或不一致性。这其中的几个如图5所示。
图5 – 显示不一致性的频响特写
所有这些的最关键之处在于不同组数据之间的互易性没有得到满足!当提取模态参数时，这将会产生极为严重的后果（将在接下来的文章中进行讨论）。
我希望这个解释有助于你理解，在不同的位置利用一个激振器不一定得到最优的数据。为了从多个参考点得到更为一致相关的频响数据，需要MIMO试验。如果你有关于模态分析的任何其他问题，尽管问我好了。
上一篇：80.模态空间11.04 — 为什么不能用一个大激振器进行模态试验，只要“调出信号”就可以吧？
下一篇：82.模态空间11.08 — 用多参考点相对单参考点FRFs，模态参数上真的有差别吗？
延伸阅读[new]： 《振动：解析与试验模态分析》辛辛那提大学教授Randall J. Allemang博士 编著 KSI科尚仪器 董书伟 翻译…