振动台试验数据整理和处理程序

ksj1982

　　STDATA.m
　　振动台试验数据整理和处理软件
　　Copyright：Concrete
　　江苏省土木工程与防灾减灾重点实验室
　　本程序部分代码使用了王济、胡晓编著的《MATLAB在振动信号处理中的应用》一书中的
　　代码,在此表示感谢;
　　注意：
　　1. 因编程时间仓促，本软件为非通用软件，内部参数与具体试验相关;
　　 2. 使用者在使用时应确保明了程序含义，并根据试验内容作相应修改;
　　3. 本软件为自由软件，使用者在注明出处后可以自由使用;
　　4. 对使用本程序造成的任何后果,本人不承担任何责任;
　　5. 欢迎指出程序错误之处，联系方法：concretelu@gmail.com。

　　 数据文件示例：
　　 2 %需要处理的文件的数量
　　AE1a.C02 %以下为需要处理的文件名
　　 AE3a.C02
　　128 %采样频率
　　0 %是否需要进行峰值调整;0:不进行;
　　 -1 %是否需要进行基线调整：-1:进行但不输出文件
　　3 %基线调整拟合多项式阶数
　　0 %是否需要进行滤波0:不进行;
　　1 %是否需要进行积分：1:进行且输出文件;
　　0.5 %最小截止频率
　　40 %最大截止频率
　　9800 %单位转换系数
　　2 %积分次数(加速度求位移)
　　1 %是否需要进行通道间计算
　　0 %是否需要进行绘图
　　clear %清除内存中所有变量和函数
　　clc %清除工作窗口中所显示的内容
　　close all hidden %关闭所有隐藏的窗口
　　echo off; %关闭回显
　　fnc=input('数据处理控制文件名:','s');
　　fid=fopen(fnc,'r');
　　nf=fscanf(fid,'%f',1); %需处理的文件数量
　　for i=1:nf
　　fname(i,:)=fscanf(fid,'%s',1); %读入各数据文件名
　　end
　　sf=fscanf(fid,'%f',1); %读入采样频率
　　flag_adj=fscanf(fid,'%d',1);
　　if flag_adj~=0
　　%是否需要进行峰值调整;0:不进行;1:进行且输出文件;-1:进行但不输出文件
　　adj=fscanf(fid,'%f',[1,nf]); %读入各文件调整系数
　　end
　　flag_bas=fscanf(fid,'%d',1);
　　if flag_bas~=0
　　%是否需要进行基线调整0:不进行;1:进行且输出文件;-1:进行但不输出文件
　　basm=fscanf(fid,'%d',1); %读入拟合多项式阶数
　　end
　　flag_fil=fscanf(fid,'%d',1);
　　if flag_fil~=0
　　%是否需要进行滤波0:不进行;1:进行且输出文件;-1:进行但不输出文件
　　fmin=fscanf(fid,'%f',1); %最小截止频率
　　fmax=fscanf(fid,'%f',1); %最大截止频率
　　end

　　flag_int=fscanf(fid,'%d',1);
　　if flag_int~=0
　　%是否需要进行积分：0:不进行;1:进行且输出文件;-1:进行但不输出文件
　　fmin=fscanf(fid,'%f',1); %最小截止频率
　　fmax=fscanf(fid,'%f',1); %最大截止频率
　　c=fscanf(fid,'%f',1); %单位转换系数
　　it=fscanf(fid,'%f',1); %积分次数
　　end
　　flag_cmp=fscanf(fid,'%d',1); %是否需要进行通道间计算
　　flag_fig=fscanf(fid,'%d',1); %是否需要进行绘图
　　status=fclose(fid); %关闭控制文件
　　delete('Acc.xls'); %删除存在的结果文件
　　delete('Disp.xls');
　　delete('Drift.xls');
　　delete('Model.xls');
　　delete('TotalAcc.xls');
　　delete('TotalDisp.xls');
　　delete('TotalDrift.xls');
　　Acc_string={'项目','台面加速度','台面位移','底层','二层','三层',...
　　'四层','五层','六层','七层','八层','九层','屋面','一层南','一层北',...
　　'六层南','六层北','屋面南','屋面北'}; %建立加速度表头字符串
　　Disp_string={'项目',,'底层','二层','三层','四层','五层','六层','七层','八层',...
　　'九层','屋面','一层南','一层北','六层南','六层北','屋面南','屋面北'};

　　建立位移表头字符串
　　Drift_string={'项目','底层','二层','三层','四层','五层','六层','七层',...
　　'八层','九层','一层南北','六层南北','屋面南北'}; %建立层间位移表头字符串
　　for fi=1:nf
　　x=dlmread(fname(fi,:),'\t',1,1); %从数据文件读入数据,去除标题行和时间列
　　[n,ch]=size(x); %确定数据长度n和通道数ch
　　t=0:1/sf:(n-1)/sf; %建立信号离散时间向量t
　　TableDisp=x(:,2); %读取第二通道：台面位移
　　if flag_adj~=0 %确定是否需要进行加速度峰值调整
　　x=adj(fi).*x; %进行峰值调整
　　if flag_adj==1
　　filename=strcat('Adj_',fname(fi,:));
　　dlmwrite(filename,x); %输出峰值调整后的数据
　　end

　　figure(1); %绘制调整后的加速度信号
　　subplot(gl,4,[1 4]); %采用两栏显示台面加速度
　　plot(t,x(:,1));
　　xlabel('时间 (s)');
　　ylabel('加速度 (g)');
　　title('台面加速度信号');
　　grid on;
　　for i=3:ch; %绘制各通道信号调整峰值后随时间变化的图形
　　subplot(gl,4,i+2);
　　plot(t,x(:,i));
　　grid on;
　　end
　　end
　　case_name=fname(fi,:); %建立工况名称向量
　　x2=x.^2; %计算加速度有效值
　　xsum=cumsum(x2);
　　rmsx=sqrt(xsum(n,:)/n);
　　xlswrite('Acc.xls',Acc_string,case_name,'A1'); %输出加速度时程及统计值
　　xlswrite('Acc.xls',{'Max Acc.';'Min Acc.';'MaxAbs Acc.';'Val Acc.'},...
　　case_name,'A2');
　　acc_out=[max(x);min(x);max(-min(x),max(x));rmsx];
　　xlswrite('Acc.xls',acc_out,case_name,'B2');
　　xlswrite('Acc.xls',[t',x],case_name,'A6');
　　MaxAcc=[MaxAcc;max(x)]; %建立每个工况的统计值,后期统一输出
　　MinAcc=[MinAcc;min(x)];
　　AbsMaxAcc=[AbsMaxAcc;max(-min(x),max(x))];
　　ValAcc=[ValAcc;rmsx];
　　if flag_bas~=0 %确定是否需要进行基线调整
　　for i=1:ch
　　tt=(0:1/sf:(n-1)/sf)'; %建立信号离散时间列向量t
　　a=polyfit(tt,x(:,i),basm); %计算趋势项的多项式待定系数向量a
　　x(:,i)=x(:,i)-polyval(a,tt); %形成消除趋势项的数据
　　end

　　if flag_bas==1
　　filename=['Bas_',fname(fi,:)];
　　dlmwrite(filename,x); %输出基线调整后的数据
　　end
　　end

　　if flag_fil~=0 %确定是否需要进行单独滤波
　　fmin=fscanf(fid,'%f',1); %最小截止频率
　　fmax=fscanf(fid,'%f',1); %最大截止频率
　　end

　　if flag_int~=0 %确定是否需要进行积分
　　tt=(0:1/sf:(n-1)/sf)'; %建立信号离散时间列向量t
　　nfft=2^nextpow2(n); %取大于并接近n的2的幂次方为FFT长度
　　df=sf/nfft; %计算频率间隔(Hz/s)
　　ni=round(fmin/df+1); %计算指定频带对应数组的下标
　　na=round(fmax/df+1);
　　dw=2*pi*df; %计算圆频率间隔(rad/s)
　　w1=0:dw:2*pi*(0.5*sf-df); %建立正的离散圆频率向量
　　w2=2*pi*(0.5*sf-df):-dw:0; %建立负的离散圆频率向量
　　w=[w1,w2]; %将正负圆频率向量合成单一向量
　　w=w.^it; %以积分次数为指数,建立圆频率变量向量
　　disp=zeros(n,ch); %为避免不同向量长度影响,变量清零
　　adisp=zeros(n,ch);
　　Drift=zeros(n,ch-6);
　　for i=1:ch
　　tx=x(:,i)';
　　y=fft(tx,nfft); %FFT变换
　　a=zeros(1,nfft); %进行积分的频域变换
　　a(2:nfft-1)=y(2:nfft-1)./w(2:nfft-1);
　　if it==2 %进行二次积分的相位变换
　　y=-a;
　　else
　　real(y)=imag(a); %进行一次积分的相位变换
　　imag(y)=-real(a);
　　end

　　a=zeros(1,nfft);
　　a(ni:na)=y(ni:na); %消除指定正频带外的频率成分
　　a(nfft-na+1:nfft-ni+1)=y(nfft-na+1:nfft-ni+1);
　　%消除指定负频带外的频率成分
　　y=ifft(a,nfft); %IFFT变换
　　y=real(y(1:n))*c;
　　%取逆变换的实部n个元素并乘以单位变换系数作为积分结果
　　ab=polyfit(tt,y',2); %计算趋势项的多项式待定系数向量a
　　adisp(:,i)=y'-polyval(ab,tt); %形成消除趋势项的数据(绝对位移)
　　disp(:,i)=adisp(:,i)-TableDisp; %计算各点的相对位移
　　ac=polyfit(tt,disp(:,i),2); %计算趋势项的多项式待定系数向量ac
　　disp(:,i)=disp(:,i)-polyval(ac,tt); %形成消除趋势项的数据(相对位移)
　　end
　　end

　　if flag_int==1 %如果需要输出位移文件
　　y1=min(disp(:,3:ch)); %搜寻每层相对位移最小值(负向)
　　y2=max(disp(:,3:ch)); %搜寻每层相对位移最大值(正向)
　　d2=disp(:,3:ch).^2;
　　dsum=cumsum(d2);
　　rmsd=sqrt(dsum(n,:)/n); %搜寻每层相对位移有效值
　　xlswrite('Disp.xls',Disp_string,case_name,'A1'); %输出位移时程及统计值
　　xlswrite('Disp.xls',{'Max Disp';'Min Disp';'MaxAbs Disp';'Val Disp'},...
　　case_name,'A2');
　　dispout=[y2;y1;max(-y1,y2);rmsd];
　　xlswrite('Disp.xls',dispout,case_name,'B2');
　　xlswrite('Disp.xls',[t' disp(:,3:ch)],case_name,'A6');
　　%输出基线调整后的相对位移数据
　　MaxDisp=[MaxDisp;y2];
　　MinDisp=[MinDisp;y1];
　　AbsMaxDisp=[AbsMaxDisp;max(-y1,y2)];
　　ValDisp=[ValDisp;rmsd];
　　end

　　if flag_cmp~=0 %确定是否需要进行通道间计算
　　for i=1:9
　　Drift(:,i)=disp(:,i+3)-disp(:,i+2); %计算层间位移
　　end
　　Drift(:,10)=disp(:,14)-disp(:,13); %计算两角点位移差
　　Drift(:,11)=disp(:,16)-disp(:,15);
　　Drift(:,12)=disp(:,18)-disp(:,17);
　　end

　　if flag_cmp==1
　　y3=min(Drift); %搜寻各层间位移最小值
　　y4=max(Drift); %搜寻各层间位移最大值
　　dr2=Drift.^2;
　　drsum=cumsum(dr2);
　　rmsdr=sqrt(drsum(n,:)/n); %计算层间位移有效值
　　xlswrite('Drift.xls',Drift_string,case_name,'A1');
　　xlswrite('Drift.xls',{'Max Drift';'Min Drift';'MaxAbs Drift';'Val Drift'},...
　　case_name,'A2');
　　driftout=[y4;y3;max(-y3,y4);rmsdr];
　　xlswrite('Drift.xls',driftout,case_name,'B2');
　　xlswrite('Drift.xls',[t' Drift],case_name,'A6');
　　%输出层间位移数据
　　MaxDrift=[MaxDrift;y4];
　　MinDrift=[MinDrift;y3];
　　AbsMaxDrift=[AbsMaxDrift;max(-y3,y4)];
　　ValDrift=[ValDrift;rmsdr];
　　end

　　[Txy,F]=tfestimate(x(:,3),x(:,12),nfft/2,[],[],40);
　　%求台面信号和顶层信号间的传递函数
　　%aTxy=abs(Txy); %输出模态幅值
　　%xlswrite('Model.xls',{'频率','幅值','相位角'},case_name,'A1');
　　%xlswrite('Model.xls',[F aTxy angle(Txy)],case_name,'A2');
　　if flag_fig~=0 %确定是否需要进行绘图
　　gl=ceil((ch-2)/4)+1; %计算图形显示所需要的行数，列数为4
　　figure(2);
　　subplot(gl,4,[1 4]); %采用两栏显示台面加速度
　　plot(t,adisp(:,1),t,TableDisp,'r');
　　xlabel('时间 (s)');
　　ylabel('位移 (mm)');
　　title([case_name,' 积分位移信号']);
　　grid on;
　　ymin=floor(min(y1')); %搜寻全部相对位移最小值
　　ymax=ceil(max(y2')); %搜寻全部相对位移最大值
　　xmax=ceil((n-1)/sf);
　　for i=3:ch; %绘制各通道相对位移随时间变化的图形
　　subplot(gl,4,i+2);
　　plot(t,disp(:,i));
　　axis([0 xmax ymin ymax]);
　　%xlabel('时间 (s)');
　　%ylabel('加速度 (g)');
　　%title('通道'+int2str(ch));
　　grid on;
　　end

　　figure(3);
　　ymin=floor(min(y3')); %搜寻全部相对位移最小值
　　ymax=ceil(max(y4')); %搜寻全部相对位移最大值
　　xmax=ceil((n-1)/sf);
　　for i=1:12; %绘制各通道信号x随时间变化的图形
　　subplot(4,3,i);
　　plot(t,Drift(:,i));
　　axis([0 xmax ymin ymax])
　　grid on;
　　end

　　figure(4);
　　subplot(2,1,1);
　　plot(F,aTxy);
　　grid on;
　　subplot(2,1,2);
　　plot(F,angle(Txy)*180/pi()); %输出相位角
　　grid on;
　　end
　　end

　　xlswrite('TotalAcc.xls',Acc_string,'MaxAcc','A1'); %建立数据表名称
　　xlswrite('TotalAcc.xls',Acc_string,'MinAcc','A1');
　　xlswrite('TotalAcc.xls',Acc_string,'AbsMaxAcc','A1');
　　xlswrite('TotalAcc.xls',Acc_string,'ValAcc','A1');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',Disp_string,'MaxDisp','A1');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',Disp_string,'MinDisp','A1');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',Disp_string,'AbsMaxDisp','A1');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',Disp_string,'ValDisp','A1');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',Drift_string,'MaxDrift','A1');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',Drift_string,'MinDrift','A1');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',Drift_string,'AbsMaxDrift','A1');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',Drift_string,'ValDrift','A1');
　　xlswrite('TotalAcc.xls',MaxAcc,'MaxAcc','B2'); %输出数据
　　xlswrite('TotalAcc.xls',MinAcc,'MinAcc','B2');
　　xlswrite('TotalAcc.xls',AbsMaxAcc,'AbsMaxAcc','B2');
　　xlswrite('TotalAcc.xls',ValAcc,'ValAcc','B2');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',MaxDisp,'MaxDisp','B2');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',MinDisp,'MinDisp','B2');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',AbsMaxDisp,'AbsMaxDisp','B2');
　　xlswrite('TotalDisp.xls',ValDisp,'ValDisp','B2');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',MaxDrift,'MaxDrift','B2');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',MinDrift,'MinDrift','B2');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',AbsMaxDrift,'AbsMaxDrift','B2');
　　xlswrite('TotalDrift.xls',ValDrift,'ValDrift','B2');
　　close all;



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