铁电电容系统非线性电滞参数模型研究

为解决铁电电滞模型中特性参数确定困难的问题,改善模型在工程应用中受限现状,本文利用遗传算法提出一种实用的铁电模型特性参数识别方法,可根据随机试验数据完成特性参数的提取,继而重构铁电模型以模拟各种铁电电容系统的非线性电滞行为．以上方法不但可以预测各种电场条件下的电极化响应,还可预测反映系统特性的理想饱和极化响应．最后,为验证所提方法的有效性,本文进行了仿真计算验证,其结果表明,基于优化参数的电滞模型能够很好地与试验数据吻合,具有较好的精确性和鲁棒性,为铁电系统在实际工程的应用提供有效参考．     

SMA叠层变刚度水平万向阻尼器滞回性能研究

利用NiTi形状记忆合金(Shape Memory Alloy,简称SMA)的超弹性特性,开发了一种新型SMA叠层变刚度水平万向阻尼器,介绍了其基本构造和工作原理,建立了阻尼器恢复力计算模型并开展了滞回性能参数分析,研究了SMA张拉应变、SMA直径、阻尼器层数以及每层SMA丝根数对阻尼器行程、刚度、耗能、等效阻尼比的影响.研究结果表明：SMA叠层变刚度水平万向阻尼器的恢复力-位移滞回曲线呈饱满的纺锤形,阻尼器具有良好的能量耗散能力、自复位功能、大行程以及变刚度特性;随着SMA张拉应变由0.03不断增大至0.06,阻尼器最大行程不断减小而单位循环耗能呈先增大后减小趋势;随着SMA直径不断增大,阻尼器刚度和耗能能力不断增大而最大行程和等效阻尼比不变;随着叠层层数不断增大,阻尼器最大行程和单位循环耗能不断增加而刚度不断降低;随着每层SMA布置数量由8根增大至16和32根,阻尼器刚度和单位循环耗能不断增大而最大行程和等效阻尼比变化不明显.     

基于Kriging模型和改进MCMC算法的随机有限元模型修正

针对待修正参数维数较高时,标准马尔可夫链蒙特卡罗MCMC (Markov Chain Monte Carlo)算法不易收敛、拒绝率高的问题,提出了基于Kriging模型和在MCMC中融合花朵授粉算法的修正方法.首先,以待修正参数作为输入,以应变模态作为输出,建立Kriging模型,通过蝙蝠算法确定Kriging模型的相关系数;然后,采用最大熵的贝叶斯方法估计参数的后验概率密度函数,将花朵授粉算法融入MH (M etropolis-Hasting)抽样算法,提高局部寻优和全局寻优能力;最后,通过三自由度弹簧-质量系统和三维桁架结构的数值算例验证所提模型修正方法,修正后参数相对误差均低于0.86％.结果 表明,所提方法修正后较高维参数的马尔可夫链能够快速收敛且样本接受率也有所提高,该方法也对随机噪声具有一定的鲁棒性.     

土水特征曲线(SWCC)的滞回特性模拟研究

为了模拟非饱和土的水力、力学特性在多次降雨、蒸发过程中的变化特性,本文以传统域模型的基本原理为基础,推到得到了一个能够模拟SWCC滞后性的计算模型,该模型计算方法简单,易于通过程序实现,且通过与试验数据和其他模型的计算结果对比,验证了该模型的合理性,同时,这个模型可为研究在复杂吸力变化状态下非饱和土的渗流特性、强度特性以及本构模型的研究打下一定的基础。     

最小二乘识别的一个改进算法

本文首先研究采样频率对最小二乘识别精度的影响,分析了过高采样频率导致识别失败的原因,然后提出了一种既可充分利用采样数据又简单实用的改进算法,方法对单测点和多测点均适用,最后举例说明本文方法的有效性.     

基于遗传退火混合算法的弹性地基上框架结构参数识别研究

对传统的简单遗传算法(GA)进行了改进,融合模拟退火技术(SA)的思想,建立了遗传模拟退火算法(GASA)的串行结构.GA采用群体并行搜索,通过概率意义下基于"优胜劣汰"思想的群体遗传操作来实现优化.SA采用串行优化结构,赋予搜索过程一种时变最终趋于零的概率突跳性,避免局部极小并最终趋于全局最优.两者的结合提高了遗传算法的全局搜索能力.本文对一实验室中弹性地基上框架结构进行了逐层模态实验研究,得到了四种工况下的模态频率和振型.首先对利用GASA算法对退火参数进行了优选,SA部分中的退温参数g和扰动幅度参数η对搜索效率及全局搜索能力具有重要的影响;然后对四种工况下混凝土的弹性模量和地基的动剪模量进行了识别,并与灵敏方法识别结果进行了对比,得到了结构物理参数随着结构浇注层数的增加而上升的规律,识别得到的弹性模量比回弹法结果偏大,与结构的静模量和动模量的区别有关.以上方法及其应用对于结构的健康监控具有现实的意义.     

含间隙裂缝的RC结构滞回系统混沌振动分析

研究了含间隙裂缝的钢筋混凝土结构对称滞回非线性问题. 建立了一种分段线性的对称滞回模型, 利用一次谐波线性方法求解结构系统的等效阻尼和等效刚度系数,得到了对称滞回非线性系统的等价线性方程. 通过数值分析比较了考虑和不考虑间隙与碰撞影响的两种情况下系统的混沌动力特性,研究表明: 不考虑间隙与碰撞影响的系统出现周期运动, 考虑间隙与碰撞影响系统更容易出现混沌运动; 在特定的参数范围内系统一定会出现无序的混沌运动.     

基于改进灰狼优化算法的结构损伤识别

结合模态柔度矩阵、广义模态柔度矩阵和振型三个识别精度较好的指标,构造新的目标函数求解损伤识别问题。通过Nelson方法求解得到的频率与振型的导数,得到对结构刚度发生变化时更具敏感性的位置,然后在这些位置布置传感器以提取结构信息。针对原有的灰狼算法虽然全局搜索能力强,但是存在局部搜索精度差的问题,本文从初始种群和收敛因子等方面着手,改善灰狼算法的局部搜索能力及收敛速度。最后利用提出的方法,通过识别梁模型及桁架模型中的损伤单元说明本文方法的有效性。     

基于改进萤火虫算法的移动车辆参数识

提出了一种基于萤火虫优化算法的移动车辆参数直接识别方法.采用四自由度双轴十二参数车辆模型和欧拉梁有限元模型建立了车桥耦合系统的动力方程,并利用Newmark直接积分法求解了系统的动力响应.通过引入一种局部搜索策略和末位淘汰机制改进了萤火虫优化算法的收敛速率,并提高了识别结果的精度.本文方法仅利用车辆振动的竖向加速度响应测量就能进行移动车辆参数的识别.数值算例表明,改进的萤火虫优化算法可以准确地识别出车辆的质量、悬挂刚度和阻尼等参数,并且对测量噪声不敏感.     

含立方刚度和滞回的隔振系统动力学特性分析 1)

包含立方刚度和Bouc-Wen 型滞回的隔振系统具有复杂的非线性动力学特性。系统无阻尼响应模型可基于无滞回恢复力建立,利用谐波平衡法和泰勒展开求得近似解析解。系统有阻尼响应模型可利用解析/数值联合方法求解,该方法基于谐波平衡法和Levenberg-Marquardt 迭代算法,对于滞回产生的多值非光滑函数项,先计算时域响应再通过快速傅里叶变换求解谐波项系数。上述方法在含水平绞制梁的非线性隔振系统分析中得到有效应用。分析表明,在Bouc-Wen 型滞回和立方刚度的综合影响下,隔振系统呈现渐软–渐硬特性,滞回阻尼和线性阻尼都可以有效抑制共振,但前者高频隔振效果优于后者。     

UKF在惯导平台误差系数辨识离心机测试中的应用

针对惯导平台误差系数辨识的离心机测试,利用直接法建立了误差系数辨识的非线性模型,并结合实际系统模型的特点对标准UKF算法进行了简化和改进.改进后的UKF结构简单,与标准UKF具有同样的滤波精度,并且减小了计算量,提高了计算效率.然后利用扩展Kalman滤波(EKF)算法和改进的UKF算法对惯导平台误差系数辨识离心机测试进行仿真.结果表明,与EKF算法相比,改进的UKF算法能提高惯导平台误差系数的辨识精度,并且更容易实现.     

基于自适应UKF算法的MEMS陀螺空中在线标定技术

为保证微型卫星定位应用中系统精度与稳定性,需要对姿态传感器进行实时在线标定.在无外界姿态参考时,提出一种用三轴磁强计测量值来实时估计MEMs陀螺的零漂误差的方法,采用UKF滤波算法,将陀螺漂移作为滤波状态向量,通过建立三轴磁强计测量微分方程,作为系统量测方程实现陀螺漂移的最优估计.针对磁强计测量信息易受干扰导致滤波量测模型不准确的问题,将自适应因子引入到UKF中,通过在线监控和调整测量误差,减少陀螺标定的估计误差,增强系统性能.实验结果表明,经过标定,MEMS陀螺精度提高约30%,并且在磁强计有外界干扰时,陀螺的标定结果收敛.将标定后的MEMS陀螺进行姿态解算,其动态误差小于2°.     

基于修正的Rodrigues参数的EKF算法在姿态估计中的应用

以低成本航姿测量系统为研究对象,针对四元数描述姿态时存在冗余的不足,提出使用三维独立矢量的修正的Rodrigues参数进行姿态解算,利用与其影子参数相互切换的方法解决了修正的Rodrigues参数在描述姿态时存在奇异的问题,根据系统中器件的特点,以陀螺零偏和修正的Rodrigues参数为状态向量,以加速度计、磁强计输出为观测向量建立了基于扩展Kalman滤波的姿态估计算法,避免了利用四元数进行姿态估计时状态误差方差阵产生奇异的问题,并在一定程度上减小了估计算法的计算量。最后通过全姿态以及摇摆基座数据仿真验证了算法的有效性。     

基于平方根无迹卡尔曼滤波平滑算法的水下纯方位目标跟踪（英文）

为了避免被动跟踪中非线性带来的计算复杂化及跟踪精度的下降,提出将平方根无迹卡尔曼滤波平滑算法(SR-UKFS)应用到水下纯方位目标跟踪。SR-UKFS利用Rauch-Tung-Striebel(RTS)平滑算法将平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)作为前向滤波算法得到的目标状态估计向后平滑,得到前一时刻目标状态估计,再利用该状态估计值进行再次滤波得到当前时刻目标状态估计。该算法得到的前一时刻的目标状态估计更加精确,从而进一步提高了目标跟踪的精度。最后,通过对SR-UKFS算法和SR-UKF算法的跟踪性能进行了对比分析和验证,仿真结果表明在相同条件下,SR-UKFS算法能减少59%的位置误差和54%的速度误差,SR-UKFS算法应用于水下纯方位目标跟踪系统是有效的,为水下纯方位目标跟踪系统的工程实现提供了非常有价值的参考。     

基于改进链码法的LuGre摩擦模型动态参数辨识

针对现有LuGre摩擦模型动态参数辨识方法辨识精度不高,收敛性难以保证及参数初值难以确定等不足,提出了一种基于改进链码特征识别法的参数辨识方法。首先,研究LuGre摩擦模型中两个动态参数-鬃毛刚度系数与阻尼系数之间的关系,以及鬃毛刚度系数与预滑动阶段位移-摩擦力曲线形状之间的对应关系;然后,改进现有Freeman链码的采样方式和码间距,利用改进的链码结合傅立叶描绘子提取位移-摩擦力曲线的形状特征并形成特征向量;最后,以加噪声原始位移-摩擦力曲线和仿真位移-摩擦力曲线的特征向量为参数建立度量两曲线相似程度的欧氏距离,寻优得到使欧氏距离满足给定误差的仿真位移-摩擦力曲线,该曲线对应的鬃毛刚度系数即为其辨识值,进一步可计算出阻尼系数。文末给出的辨识实例验证了提出方法的正确性和有效性。     

Bammann-Chiesa-Johnson粘塑性本构模型材料参数的一种识别方法

粘塑性本构模型能否成功模拟金属高应变率大应变变形过程依赖于材料参数识别结果的好坏。由于BCJ模型考虑了应变率、温度与材料硬化之间的耦合效应以及应变率、温度历史效应,同时模型中包含了多个材料参数,因此很难通过试验直接识别模型的材料参数。本文针对BCJ模型中的耦合效应和历史效应,基于对模型中材料参数物理涵义的界定,给出了一种对材料参数解耦、分离并进行估计的方法,获得了模型材料参数估计公式,估计了材料参数的取值范围。在此基础上,编制了BCJ模型应力积分径向返回算法和粒子群优化算法的计算程序,应用重新设计了BCJ模型耦合效应和历史效应的反分析方法,在参数取值范围内对材料参数进行了优化识别。以OFHC Cu为例,应用提出的识别方法对BCJ模型的材料参数进行了识别,计算结果和试验结果符合较好。     

基于广义卡尔曼滤波的桥梁结构物理参数识别

基于广义卡尔曼滤波提出了随机荷载作用下桥梁结构物理参数的识别方法。首先,以荷载为观测对象,推导出基于有限元模型的桥梁结构系统的观测方程,以结构待识别的物理参数为状态向量,建立系统状态方程;然后,对该状态方程和观测方程构成的非线性参数系统应用广义卡尔曼滤波,从而识别出结构的物理参数。对一座简支梁桥和一座三跨连续梁桥在不同工况下的物理参数识别进行了数值仿真,结果表明本文方法能够准确地识别桥梁结构全部刚度参数、质量参数和阻尼参数,且具有很强的抗噪性能,从而验证了本文方法的有效性和鲁棒性,可应用于识别大型桥梁结构的物理参数。     

陀螺零偏二次模型参数的系统级辨识算法

以单轴旋转光学捷联惯性导航系统为原型,假设水平陀螺常值漂移的影响得以完全调制,方位陀螺漂移为随时间变化的二次模型,在水平阻尼工作模式下推导了系统位置误差与方位陀螺漂移之间严格的数学关系。分别设置了方位陀螺漂移仅有常值项、一次项、二次项和全系数误差的误差模型,利用递推最小二乘算法成功辨识出设定的二次模型中各个参数值。仿真结果表明,常值项首先被辨识出来,估计时间约为14 h,估计误差为6.54e-6(°)/h;一次项系数估计时间约为30 h,估计误差为2.73e-8(°)/h;二次项系数估计时间约为42 h,估计误差为1.51e-9(°)/h;全系数估计需要45 h,估计误差为7.28e-6(°)/h。辨识结果验证了该算法的正确性。实际系统中,可适当增加总的辨识估计时间,以达到更高精度的辨识结果。     

Instantaneous spectrum estimation of earthquake ground motions based on unscented Kalman filter method

Representing earthquake ground motion as time varying ARMA model,the instantaneous spectrum can only be determined by the time varying coefficients of the corresponding ARMA model.In this paper,unscented Kalman filter is applied to es- timate the time varying coefficients.The comparison between the estimation results of unscented Kalman filter and Kalman filter methods shows that unscented Kalman fil- ter can more precisely represent the distribution of the spectral peaks in time-frequency plane than Kalman filter,and its time and frequency resolution is finer which ensures its better ability to track the local properties of earthquake ground motions nd to identify the systems with nonlinearity or abruptness.Moreover,the estimation results of ARMA models with different orders indicate that the theoretical frequency resolving power of ARMA model which was usually ignored in former studies has great effect on the estima- tion precision of instantaneous spectrum and it should be taken as one of the key factors in order selection of ARMA model.