基于能量原理和Kalman滤波器的实时模型修正策略

作     者：黄兴淮 徐赵东 Dyke Shirley Huang Xinghuai;Xu Zhaodong;Dyke Shirley

作者机构：东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室南京210096 Mechanical Engineering and Civil Engineering Purdue University 

出 版 物：《东南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Southeast University：Natural Science Edition)

年 卷 期：2015年第45卷第3期

页      面：539-543页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0813[工学-建筑学] 081301[工学-建筑历史与理论] 

基　　金：中青年科技创新领军人才资助项目 江苏省"333人才培养工程"资助项目 美国国家自然科学基金资助项目(CNS-1035748 CNS-1035773) 东南大学优秀博士论文基金资助项目(YBJJ1207) 江苏省高校研究生科研创新计划资助项目(CXLX_0132) 

主　　题：实时模型修正 能量原理 Kalman滤波器 损伤识别 结构健康监测 

摘      要：为了实时监测结构的安全状态,提出了一种计算速度快、易收敛的模型修正策略.首先通过计算瞬时能量来建立结构单元刚度和结构响应之间的关系;然后,将结构瞬时能量代入Kalman滤波器中,根据每一时间步能量预测值和实际测量值的差异进行修正,得到结构的真实刚度;最后,以美国地震工程模拟中心数据库(NEES)中的美国某州际公路指示牌支撑桁架为例进行数值验证,结果表明:无噪声干扰情况下,刚度发生20%,40%,60%,80%损伤的杆件和未发生损伤的杆件均能在0.4 s内从初始刚度收敛到各自的真实刚度;在5%随机噪声干扰下,利用该策略修正得到的刚度误差均小于12%;每一时间步所消耗的CPU时间远小于采样周期.因此,利用能量原理和Kalman滤波器能够快速有效地对未知刚度的结构进行实时模型修正.