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。     

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。     

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.     

基于空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置方法

传感器的布置与优化问题是目前空间网壳结构健康监测研究的热点与难点.以结构杆件损伤识别为目标,以结构杆件应力监测数据为基础,通过对空闻网壳结构损伤特征、健康监测工作方武以及在静力作用下杆件内力变化特点的分析与研究,提出适合于在役空间网壳结构杆件损伤识别的传感器布置原则和方法.同时也指出,该方法的应用需要先保证结构计算模型...     

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.     

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。     

针对结构易损场景监测的传感器优化布置方法

基于结构易损性指数和结构体系的损伤系数定义了结构失效指标,该指标可用来判断易损场景发生后结构体系的失效状态.在特征向量灵敏度分析的基础上推导了该指标在模态参数不确定性影响下的估计方差,并且以所有易损场景下指标的方差和最小为优化目标,提出了以监测结构易损场景为目的的传感器优化布置模型,以及基于凸规划的求解算法.采用该方法对一个平面桁架结构的数值模型进行了传感器布置,并且根据模拟的受损结构的模态数据,计算了不同传感器布置方案下结构失效指标的均值和方差.结果表明,与传统方法相比,该方法可以提高对易损场景发生后结构失效状态的评估精度.     

状态监测振动传感器优化布置理论及应用

提出了一种旋转机械的轴向及径向振动传感器布置方法.利用有限元分析方法对单跨转子系统和引入不同联轴节的多跨系统进行谐响应分析,在同一激振力下,比较靠近轴承及远离轴承处的振动测点水平方向振动响应结果,以及引入不同联轴节的多跨转子系统的两跨间响应的变化.结果表明:当需要在靠近轴承座的地方选择振动测点时,为了提高振动测点的灵敏...     

特高压输电塔双向动态监测传感器的优化布置

结合三维动态测点优化布置的有效独立法(EFI3)和改进的一维有效独立法,提出同时考虑双向测点优化布置的有效独立法(EFI2)。采用二维空间相互正交方向的节点振型作为输入,根据模态振型最大线性无关性和较大能量分布原则,EFI2法将同时优化双向的测点布置。以某大跨越特高压输电塔为工程背景,运用EFI2法优化其顺导线和横导线向加速度测点布置,并选用两种评估标准分析测点布置的优化效果。结果表明:对同时考虑空间二维振动的大跨越特高压输电塔结构,EFI2法能得到较为理想的测点布置方案。     

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。     

一种基于遗传-禁忌混合策略的PMU最优配置方法

以电力系统状态完全可观测和相量测量单元配置数目最小为目标,形成PMU最优配置问题.相量测量单元可以测量母线电压相量,结合测量数据采用改进的快速拓扑可观测性分析方法保证系统完全可观测,应用遗传算法和禁忌搜索算法的混合策略求解最优配置问题,实现全局最优.以IEEE 9节点系统和IEEE 39节点系统为例进行验证,结果表明,直接利用节点可观测原则判断电力系统的可观测性,可以提高可观测性分析的计算效率.     

基于单元应变能变化率的结构损伤识别方法

针对梁类结构,根据单元损伤前后的模态应变能变化率,推导了新的损伤位置识别指标,并利用结构在损伤前后模态应变能变化与频率变化的关系提出了损伤程度评估指标.悬臂梁的数值模拟分析结果显示:损伤位置识别指标在损伤单元对应的结点处呈现显著的正号峰值,能够清楚地指示损伤位置;损伤程度识别指标对于单一损伤工况的损伤程度估算结果较接近于实际损伤程度,但对于多点损伤工况的损伤程度估计值偏小.所提出的损伤指标仅根据结构损伤前后的低阶模态频率和模态曲率即能达到较好的损伤识别效果,可应用于实际结构中.     

基于单元模态应变能灵敏度的结构损伤统计识别

基于单元模态应变能灵敏度,采用概率统计的方法,提出一种同时考虑模型不确定性和测试噪声影响的损伤统计识别方法。首先,建立基于单元模态应变能灵敏度分析的结构损伤方程组,然后,通过摄动法推导出损伤结构刚度参数的统计特性,并运用损伤概率模型计算各单元的损伤存在概率。最后,用一简支梁数值模拟算例验证了该方法的有效性。研究结果表明:损伤概率越大,表明存在损伤的可能性越大;损伤单元的损伤存在概率大于非损伤单元的损伤存在概率;随着损伤程度的增加,损伤存在概率不断增加,而随着噪声水平的增加,损伤存在概率减小。     

基于小波分析法的传感器信息融合的运动损伤检测方法

传统方法针对多组传感器路径中的检测点,在很大程度上会出现若干存在差异的损伤发生概率,导致运动损伤检测不准确。为此,提出一种传感器信息融合的运动损伤检测方法。利用多帧帧间差的累积消除空洞效应,在此基础之上,融合传感器确定出准确的人体运动区域,以此对不同场景人体运动进行监测;采用小波分析法对监测结果的非平稳信号进行分析,得到运动损伤特征。将传感器信息融合和小波神经网络结合在一起,获取所有传感器的小波能量特征向量,按照最大概率密度函数值和特征向量获取融合运动损伤检测结果及损伤种类。实验结果表明,所提方法检测结果准确,实用性强。     

基于第一能控规范型的极点配置方法

给出了一种基于第一能控规范型的单输入系统极点配置问题算法,对多输入系统利用Wonham第一能控规范型将其分解为若干个单输入系统极点配置问题,介绍了该方法的基本原理、求解步骤,得到了反馈增益矩阵的一般表达式。该表达式中含有可供任意选择的参数,通过对参数的适当选取,可适应控制系统的其他性能要求。     

基于相量测量单元优化配置的配电网谐波状态估计研究

随着大量电力电子设备的接入,配电网谐波问题愈发严重。谐波状态估计的准确性直接影响到后续的谐波治理效果。相量测量单元(PMU)可以实时测量节点电压与支路电流,可借助其实现谐波状态估计。然而目前PMU价格较高,如何进行合理的优化配置保证全网谐波状态可观,同时提高谐波状态估计的准确性,是亟待解决的问题。文章首先构建了以PMU经济配置和谐波状态估计精度最高为目标的PMU优化配置模型,并提出一种改进二进制粒子群-遗传混合算法用于求解。随后在实时仿真器中搭建IEEE14节点模型,选用均值插补法以及Vondrak滤波法进行数据处理并分析了优化所得多种PMU配置场景对谐波状态估计的影响。结果表明,文章所提算法从减少投资成本及降低谐波状态估计误差角度考虑,能够给出合理的PMU配置方案,有助于支撑工程决策。     

基于广义局部曲率模态信息熵和BP神经网络的结构损伤识别方法

针对曲率模态对振型节点较不敏感且无法定量估计损伤的问题,在广义局部信息熵的基础上引入曲率模态,推导出广义局部曲率模态信息熵的公式,并建立相应的损伤指标.利用有限元软件Midas civil建立一简支梁桥损伤模型,提取并处理该简支梁的动力参数,将一阶曲率模态和广义局部曲率模态信息熵分别作为神经网络的输入参数,对损伤进行识...