结构健康监测系统中传感器优化布置组合算法

在对结构健康监测中的传感器优化布置方法进行调研和总结的基础上,针对薄板、壳结构开展传感器优化布置的研究.提出了一种有效的传感器优化布置组合算法,由模态动能法、模态保证准则、遗传算法组合而成.该方法所得的传感器位置主要位于动态响应比较大区域,有利于提高信噪比;同时能够有效地保证模态振型的独立性,可以较完整地获得结构模态信息.针对这种组合算法的有效性采用简易机翼模型从数值计算和实验两方面进行了验证.     

异质传感器数据的最优线性融合

研究了异质传感器对参数矢量进行的测量,测量数据基于线性均方估计的最优融合算法。提出和证明了异质传感器数据的最优线性融合定理,并得出“精度再差的传感器参与数据融合后都有利于提高系统的测量精度”这一结论。     

网壳结构健康监测中的传感器优化布置

针对网壳结构健康监测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的方法.由于模态数目的选取对基于损伤灵敏度分析的传感器优化布置有很大的影响,因此本文建立了一种同时包含模态独立性信息和损伤灵敏度信息的Fisher信息矩阵,并选取合适的模态数目,然后发展了一种以信息矩阵最大和条件数最小为准则的多目标优化算法.空间网壳数值算例表明,本文提出的传感器优化方法能简单、有效地为空间结构传感器优化布置提供可行方案.     

基于简化模型的超高层结构传感器优化布置

对于自由度较多的超高层结构,传感器优化布置时应考虑多阶模态振型.由于存在空间耦合振动,根据振型质量参与系数难以准确选择出结构弱轴方向的高阶振型.基于等效刚度参数识别法,本文提出了一种将有限元模型沿弱轴方向先简化为等效串联多自由度体系,然后根据简化结构的物理参数来计算弱轴方向振型矩阵的方法,有效地解决了这一问题.以某超高层结构为例,根据计算得到的系统振型矩阵,首先由其转置的列主元QR分解得到传感器的初始布置方案,然后以模态置信度(MAC)矩阵的最大非对角元为目标函数,采用逐步累积算法逐步增加可降低此初始布置MAC非对角元的结构自由度,并考虑经济性因素,最终确定出了传感器的布置方案.     

基于免疫猴群算法的传感器优化布置方法研究

将生物界中的免疫机制引入到猴群算法中,提出了一种用于传感器优化布置的免疫猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷;采用混沌搜索的方式初始化猴群位置,以保证猴子能够均匀分布,提高了算法的全局搜索能力;通过在爬过程中引入深度爬的方式,增强了算法的局部搜索能力;在爬过程结束后加入基于浓度选择的机制对猴群进行初次选择,并对位置最优的猴子进行免疫克隆操作,以此保证猴群的多样性;在望过程结束后加入基于适应度的二次选择,并对位置较差的猴子进行免疫疫苗注射,以此提高算法的收敛能力。文末以大连世贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明,免疫猴群算法的搜索效率较原猴群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于病毒猴群算法的传感器优化布置方法研究

将病毒进化理论引入到猴群算法中,提出了一种用于传感器优化布置的病毒猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷;在猴群中引入生物病毒机制对其进行感染,通过病毒和猴群的分工协作,来实现猴群个体之间纵向和横向的信息交流,以此维持个体的多样性,来大幅度增强算法的局部搜索能力;并将猴群不断的进行分类,采用大病毒和小病毒分别对其进行感染操作,加强算法的搜索精度。文末以大连国贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明,病毒猴群算法的搜索效率较原猴群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于改进猴群算法的传感器优化布置方法研究

提出了一种基于新型智能算法一改进猴群算法的传感器优化布置方法.考虑传感器优化布置的特点,采用整数编码的方式给出了猴群的位置,克服了猴群算法只能解决连续性变量优化的问题;在初始化猴群位置时通过引入欧氏距离来增强猴群的多样性,以提高其全局搜索能力;并在爬过程中加入和声算法中的随机扰动机制,来提高其局部搜索能力;文末以大连世贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择.结果表明,改进的猴群算法能较好地解决传感器优化布置问题,较经典的序列法有其明显的优越性.     

基于协同爬猴群算法的传感器优化布置方法研究

基于协同进化的思想,提出了一种用于传感器优化布置的协同爬猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷。在爬过程中引入采用猴群的整体行为来影响猴子搜索方向的聚群行为,以及利用全局最优猴子的位置来影响猴子搜索方向的追尾行为,通过对两种行为进行合理选择,有效提高了爬过程的搜索效率与速度。最后以大连国贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明协同爬猴群算法的搜索效率较原猴群算法有大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于罗德里格参数的线性最优估计自对准

针对车载捷联惯导系统怠速条件下的初始对准问题,提出了一种基于罗德里格参数的线性最优估计自对准算法。利用姿态阵分解和凯莱变换,将任意姿态下的无初值初始对准问题简化为罗德里格参数的无约束线性最优估计问题。讨论了算法的有效性,推导了算法的对准误差公式,并设计了一种简洁的工程实现方案。利用车载捷联惯导系统进行了四位置对准试验,每个位置对准六次,结果表明,在发动机振动及外界随机扰动下,新算法可以在5 min内完成对准,统计方位均方差(1σ)不超过3′。     

基于异步爬猴群算法的传感器优化布置方法研究

针对猴群算法中的重要步骤\"爬过程\"搜索盲目、效率较低的问题,提出了一种用于传感器优化布置的异步爬猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷;利用猴群在搜索过程中的全局最优解和个体历史最优解的信息改进了爬过程的搜索模式,同时将异步变化学习因子引入到搜索模式中,通过调整猴子自身经验和社会群体经验在爬过程中所起的作用,来保持全局搜索和局部搜索的平衡,大幅提高了算法的搜索效率。文末以广州新电视塔为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择。结果表明,异步爬猴群算法能较好的解决传感器优化布置问题,搜索效率较原猴群算法有了较大的提高。     

A method for the selection of sensor and actuator locations

A new and efficient technique for determining optimal locations of sensors and actuators of intelligent structures is presented. The optimization of sensor and actuator locations is based on the 1st order singular value perturbations of observability and controllability. Using this method the optimal placements of sensors and actuators of the intelligent structurer can be selected. Two numerical examples are given to demonstrate the applications of the method. The impulse responses of structures due to different locations of actuators with the same control law are analyzed in detail. The project supported by the National Natural Science Foundation of China and the Mechanical Technique Development Foundation of China     

可扩展多功能复合材料结构状态传感网络的设计与制作技术

先进复合材料的使用为大型工程结构减重、提高效能及降低运营成本提供了有效途径,由于设计、制造与检测技术的限制,复合材料的优越性能在大型结构上的应用还远没得以充分发挥。本文提出了一种与复合材料结构集成一体的可扩展多功能传感网络技术,形成复合材料结构多模式传感能力,使复合材料结构可以\"感觉\"和\"思考\"自身状态。为此,发展了在微观尺度上制作高密度电阻温度传感器、电阻应变片和PVDF压电薄膜传感器网络的新方法,利用可扩展的传感器网络搭载层实现了多功能传感器网络从微观到宏观的扩展。扩展后的柔性传感器网络可覆盖面积大、外形复杂的复合材料结构,为全面快速评价复合材料结构在制造及使用过程中的完整性提供有效的技术手段。     

Damage detection by system identification. An application of the generalized singular value decomposition

Summary A new method of damage detection is introduced. The mathematical formulation of the dynamical system is based on a state-space model. The physical system is measured and described by parameters of the state-space realization, which are estimated by the generalized singular value decomposition. Influence coefficients, evaluated from the parameters of the mathematical model, allow for damage detection. The suitability of the new method is demonstrated by an experimental model.     

Approximate modeling of an elastic structure according to test data with various confidences

In this paper, an elastic structure model is constructed according to the test data with various confidences and properly selected analytical parameters (mass matrixM or stiffness matrixK). First, the modeling method is described, and second, the uniqueness of the result is strictly proved. Finally, a numerical example is given to show the reasonableness of this method and the superiority of the result to that in reference [4].     

多功能复合材料结构状态感知系统

由于具有比强度和比刚度高、可设计性强等优点,先进复合材料正在逐步成为新一代民用飞机的主要结构材料。为了充分利用复合材料的优越性能,有必要研发一种与复合材料结构集成一体的多功能传感系统,以使复合材料结构可以\"感觉\"和\"思考\"自身状态。本文提出一种类似于人体神经系统的多功能传感器网络系统,将不同功能的传感器有机结合起来,并与复合材料结构永久集成于一体,用来感知结构应变、温度、湿度、气动压力等参量,并监测发生在结构上的外界撞击及内部损伤。利用这一新概念设计和制造的未来复合材料结构可以提供多种模式的综合信息,从而使之具有智能传感、环境适应等多种功能。本文同时也讨论了发展这样一种多功能结构状态感知系统所面临的挑战与有关解决途径。     

基于奇异值分解的复模态矩阵摄动法

对非自伴随系统的振动重分析问题,提出了一种简单的通用方法。从子空间缩聚出发,基于复矩阵的奇异值分解定理,推导了同时适用于孤立 特征值,相重特征值和相近特征值三种复特征值情况的一阶和二阶摄动公式。算例表明,该方法通用性好,且具有足够的精度。     

结构健康监测技术及其在航空航天领域中的应用

对飞行器结构中的裂纹、腐蚀、脱层、材料性能退化及其它损伤进行及时且准确的检测是确保服役飞行器安全可靠运行的必要手段。结构健康监测是确定结构完整性的革命性创新技术,它在飞行器的结构设计、飞行及维护过程中都可发挥重要作用,它的使用可以提高飞行安全性、降低维护成本。本文简要介绍结构健康监测的系统组成、基本原理及关键技术,并通过实例阐述了基于智能层的结构健康监测技术在飞行器上的应用情况。