压电结构作动/传感器配置优化

提出了一种压电结构中作动／传感器优化配置的新方法．首先用有限元方法建立结构的动力学方程，并用模态方法进行降阶，然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵，通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置，同样的思想用于确定传感器的最优位置。     

一种确定压电传感器位置的拓扑优化方法

基于可观矩阵奇异值单元灵敏度的思想，提出了确定智能压电传感器安放位置的一种拓扑优化方法。为了获得智能结构压电传感器的优化位置，首先采用有限元方法对原系统进行了特征问题分析；第二利用奇异值分解法讨论了智能结构模态可观性的度量问题；第三推导了可观矩阵奇异值单元灵敏度公式；第四以奇异值单元灵敏度作为度量和准则并且给出一个门槛值，根据门槛值可以确定压电传感器优化位置；最后利用算例来说明本文方法的有效性。     

基于信息熵的城轨车辆应变传感器优化布置

针对传统的传感器优化方法在配置数量较多的情况下存在测点聚集的现象，基于信息熵理论分析了优化结果和预测误差间的关系，并提出了一种考虑预测误差的改进优化方法，将归一化模态应变能之和的倒数作为预测误差协方差矩阵的主对角元，非对角元由结合了测点距离和响应水平的指数相关方程表示，以最大化Fisher信息阵行列式值为目标，采用逐步累积法得到最优测点位置.城轨车辆构架有限元计算结果表明，改进的优化方法在三种评价准则的表现上均优于经典方法，并且显著降低了测点聚集效应，证实了改进方法用于转向架构架应变传感器配置的有效性.     

大跨桥梁结构健康监测系统振动传感器配置仿真

为了提高大跨桥梁结构健康监测系统在线模态参数识别中的模态分辨率,研究了振动传感器配置的非均匀布设方法.以润扬长江大桥悬索桥为例,以结构前16阶竖向振型为基础,运用基于主列筛选的传感器配置算法对该桥主梁竖向振动传感器配置进行了仿真研究.采用模态置信度矩阵非对角元素构造评估指标对4种传感器布设方案进行比较,包括七截面均匀布设方案、基于主列筛选算法获得的七截面非均匀布设方案、基于七截面均匀布设方案改进得到的九截面方案和基于主列筛选算法获得的九截面非均匀布设方案.由仿真结果可知,采用主列筛选获取的传感器非均匀布设方案获得的模态置信度矩阵非对角元较小,模态振型具有更好的模态分辨率.这一结果表明,非均匀布设方法更有利于大跨桥梁监测系统实现在线识别模态参数.     

智能压电传感器置位选取优化研究

提出一种拓扑优化智能结构压电传感器选取位置的方法,即利用可观矩阵奇异值灵敏度来识别压电传感器优化位置。首先,运用有限元方法分析了系统特征,讨论了智能结构模态的可观性,然后,推导出可观矩阵奇异值灵敏度的计算公式。最后,给出了确定压电传感器位置的优化准则和步骤。算例证明了方法的有效性。     

线性阻尼系统设计的新途径——模态阻尼比矩阵理论的应用

本文应用多自由度系统临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论,提出了设计线性阻尼振动系统的新途径。根据已知系统质量矩阵、刚度矩阵和所希望得到的系统振动状态,适当选择、配置阻尼即可达到欲想的设计效果。这种设计思想是在振动控制方面的一个尝试。本文以二自由度和四自由度为例,介绍了利用临界阻尼矩阵和模态阻尼比矩阵理论设计各模态为临界阻尼和过阻尼的振动系统的设计方法。     

利用粒子群算法的传感器优化布置及结构损伤识别研究

为了合理布置结构健康监测系统中传感器的位置及满足结构损伤识别的要求,提出了一种基于改进粒子群算法的传感器优化布置方法。首先以模态保证准则(MAC)矩阵的最大非对角元极小化为目标,构造出满足优化条件的适应度函数,并采用改进的粒子群算法搜索出传感器的最佳布设位置;其次,利用振型扩充技术把有限测点的测量模态数据扩充为完整自由度模态数据,并利用所提损伤识别方法进行结构损伤识别;最后,通过一个二维平面桁架结构算例对所提方法进行有效性验证。数值结果表明,所提传感器布设方法能够高效地搜索出给定数目的传感器优化位置,且利用其优化结果能够准确地识别出结构的损伤位置和程度。     

分布参数系统中传感器位置的优化

针对实际工程问题中的分布参数系统输出和状态检测传感器存在观测噪声的情况,提出了一种基于信息矩阵行列式的优化算法,得到分布参数系统检测传感器的最佳位置配置,同时获得系统状态的最优估计.该算法通过对分布参数进行参数辨识,得到信息矩阵,利用其行列式优化传感器的位置配置.仿真结果表明了该方法的有效性,对分布参数系统输出和状态检测传感器位置选择具有参考价值.     

大跨斜拉桥基于遗传算法的传感器优化布置方法

以润扬大桥斜拉桥为研究对象,分析了基于遗传算法的加速度传感器优化布置实施的过程,包括传感器布设位置的编码以及控制参数、目标函数和评价指标的选取.探讨了遗传算法目标函数类型、需要监控的振型数量等因素对优化布置方案的影响,提出了Gramian矩阵行列式值、MAC矩阵非对角元均方根、MAC矩阵非对角元最大值、Gramian矩阵元素和以及模态应变能这5种可行的优化布置方案评价指标,分析了多目标函数优化布置方法与单目标函数方法相比的优越性.研究结果表明,Gramian矩阵行列式是较优越的目标函数,并建议采用Gramian矩阵行列式值、MAC矩阵非对角元均方根和MAC矩阵非对角元最大值作为布点方案的评价指标.利用基于环境激励的斜拉桥现场测试数据对以上计算得到的优化布置方案和结论进行了验证.     

海洋平台立管的传感器优化布置

为了满足海洋平台结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以协调模态可观测性与损伤可识别性为目标的传感器优化布置方法。首先根据结构运动方程,利用损伤导致结构响应的变化,推导了结构响应与模态、损伤灵敏度的近似解析解。其次,建立包含模态信息和损伤灵敏度信息的传感器优化数学模型。最后利用奇异值分解方法,发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为目标的迭代算法。海洋平台立管的数值算例表明:该方法能够为海洋平台立管的健康监测提供可行的布点方案。