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。     

一种结构健康监测的传感器优化布置算法

在对建筑结构进行健康监测或损伤检测时,通常需要进行结构的模态测试．传感器布设的位置与数 量则对模态试验结果起着至关重要的影响．提出了一种基于奇异值分解的传感器布置新算法．首先根据线 性模型估计理论,将待监测的目标模态振型视为线性模型的设计矩阵,利用奇异值分解的算法,将设计矩 阵分解,根据各个自由度对目标模态振型贡献进行传感器优化布置方案的设计．     

基于损伤可识别性的传感器优化布置方法

为了满足结构健康监测和损伤识别的要求,提出了一种以损伤可识别性与模态可观测性相协调为目标的传感器优化布置方法.考虑损伤导致的结构响应变化,由结构运动方程推导出了结构响应与振型和损伤灵敏度之间的解析关系式.根据Fisher信息熵原理,建立了同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的目标函数.利用奇异值分解技术,发展了以Fisher信息矩阵最大和条件数最小为准则的迭代算法.算例分析表明,所提方法有效地克服了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置结果存在的差异,利用其优化结果进行的损伤识别比单一目标的结果具有更高的精度.     

指数型阻尼模型复模态更新及阻尼矩阵识别

提出了在模态测试的基础上识别得到指数型非粘滞阻尼系统中阻尼系数矩阵的方法.通过求解一个带约束最优化问题,得到满足系统特征方程的最优修正阻尼系数矩阵.考虑了实际模态测试中得到的模态参数的非完备性,可以利用有限的低阶模态,较为准确地识别出系统的阻尼系数矩阵,但随着系统的非粘滞阻尼特性逐渐增强时,想要精确识别出阻尼系数矩阵所需要的模态数目会逐渐增加.同时,进一步考虑到模态测试中复模态的虚部受噪声影响较大,提出了阻尼矩阵识别过程中对复模态虚部进行更新的方法,使之满足指数型阻尼系统特征方程,且利用上述方法得到的复模态虚部,能较为精确地识别出阻尼系数矩阵.由于目前对松弛因子识别的研究较少,在模态更新方法的基础上提出了不依赖于复模态虚部的松弛因子识别公式,并通过数值算例,验证了指数型非粘滞阻尼模型的阻尼识别方法及复模态更新方法的适用性和有效性,及松弛因子识别的准确性.最后通过悬臂梁的振动测试进行模态参数识别,并讨论了指数阻尼模型的适用性和合理性.     

非比例阻尼结构复模态问题求解的矩阵摄动法

建立了一种改进的矩阵摄动法来求解非比例阻尼结构体系的模态特征值问题，即利用原体系无阻尼实模态问题的解，把实模态变换后的模态阻尼矩阵分解成比例和纯非比例两部分，以此定义一年摄动参数，运用摄动分析方法简捷地得到体系的复模态特征对的摄动解。     

特征系统实现算法的虚假模态剔除方法

针对虚假模态影响特征系统实现算法识别结果的问题,提出用奇异值分解结合模态能量水平来剔除特征系统实现算法识别结果中的虚假模态。利用奇异值分解(SVD)方法滤除信号中的部分噪声,减少噪声模态并提高识别结果精度,利用输出矩阵、状态矩阵的特征值和特征向量以及输入分配矩阵计算出识别结果中各阶模态能量矩阵,对其进行奇异值分解得到最大奇异值,将其作为各阶模态对输出能量贡献的衡量指标,称之为模态能量水平,然后由计算模态与噪声模态能量为零的特点剔除识别结果中的虚假模态。通过数值仿真和实例分析验证了方法的有效性。     

基于混合算法的机翼多功能盒段传感器优化布置

采用混合传感器优化布置算法,将其应用在某多功能机翼盒段模型的结构健康监测试验中。用有限元方法进行模态分析,运用混合算法得到传感器的布置方案。通过有效独立法确定传感器的初始测点,然后利用MAC法确定传感器的数量,最终得到传感器的布置方案。对已完成传感器布置的机翼盒段进行拉拉疲劳试验,采用作者提出的损伤特征量构造方法进行结构健康监测。结果表明,采用混合算法布置的传感器可以有效采集结构信息,满足在实际工程中的应用要求。     

结构健康监测传感器优化布置的混合算法

提出了一种基于模型减缩和线性模型估计理论的、用于建筑结构健康监测中传感器布置的新算法．根据选定的主、从自由度，用改进减缩系统方法来减少初始结构的自由度数目．然后，基于线性模型估计，以所选定的目标模态为线性模型的设计矩阵，用奇异值分解处理设计矩阵．用分解后的前几个左奇异向量计算每一个自由度对于结构模态的贡献．最后用迭代算法来确定所需的传感器数量和位置．算例表明，此种混合算法适用于建筑结构监测的传感器布置计算．     

有效监测时间和范围的一氧化碳传感器优化布置

为确定易自燃煤矿一氧化碳传感器的合理数量和位置,采用Dijkstra算法,求得任意两个节点间的最短路径,建立了邻接节点路径矩阵和邻接节点时间矩阵.规定一个有效监测时间,把邻接节点时间矩阵化为有效监测矩阵,从而得到各节点的有效监测分支集合.利用极小边支配集原理提出了最少全覆盖布点法,给出了一氧化碳传感器的优化布置方案.研究结果表明:有效监测时间不同,布点的数量、位置以及分支覆盖度也不同.     

数控机床进给系统模态参数的自激振辨识方法

为实现数控机床模态参数的现场辨识,提出了数控机床进给系统模态参数的快速自激辨识方法。利用G代码小线段编程方法,实现了数控机床进给系统振动的激励,并通过内置传感器信号(光栅、编码器、电流)采集了进给系统的振动信息。采用ARMA模型的响应信号模态参数辨识方法分析内置传感器信息,得到了进给系统轴向和扭转振动的模态参数。试验表明,所提出的模态参数辨识方法可使激振过程更为方便,采用的内置传感器信号减少了对传感器布置的限制,从而提高了现场试验模态的效率,可以比较准确地辨识出进给系统的一阶固有频率。     

基于应变模态差的悬臂梁结构裂纹检测

传统损伤识别方法大多仅限于结构件中单个裂纹的确定,且损伤识别指标无法准确反映早期局部损伤。为此,提出了一种以应变模态差为表征指标的结构表面多裂纹损伤识别方法。首先,依据欧拉-伯努利梁理论,建立了含有多裂纹悬臂梁结构传递矩阵方程,得到含裂纹悬臂梁位移模态振型和应变模态振型;其次,计算损伤前后应变模态差并作为损伤识别指标进行识别。以悬臂梁为例,利用MATLAB分别对单损伤和多损伤等不同工况条件进行了模拟仿真,在此基础上,利用PVDF压电传感器进行了单裂纹和双裂纹悬臂梁损伤识别实验。仿真结果和实验结果表明:应变模态差可以对单裂纹与多裂纹损伤工况进行识别,且识别精度高。