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面向多类型传感器优化布置的结构响应重构

控制理论与应用 2018年第9期35卷 1339-1346页

作者：董康立殷红彭珍瑞兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

提出了利用逐步消去法(backward sequential algorithm, BSA)、萤火虫算法(firefly algorithm, FA)分别和类卡尔曼滤波算法(excitation identification Kalman filter, EIKF)结合,以结构响应重构为目标,对不同类型传感器同时进行位置优化的方法.通过对萤火虫算法进行二进制编码,使其能够解决传感器优化布置问题;以结构响应重构误差方差平均值为目标,以离散萤火虫算法和逐步消去法为求解方法实现传感器位置的优化;利用预测的状态向量值对激励和感兴趣位置处的结构响应进行重构.用一个二维桁架模型来验证所提出方法的实用性和有效性.数值算例结果表明,利用两种方法得到的优化位置处的测量信息求得的重构激励和响应与理论值能够很好地吻合,对比验证了两种方法的有效性.

关键词：萤火虫算法二进制编码类卡尔曼滤波传感器优化布置响应重构

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基于有限测量信息的两步响应重构方法

振动与冲击 2022年第11期41卷 291-297页

作者：史鹏程彭珍瑞董康立兰州交通大学机电工程学院兰州730070 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027

提出了分两步进行结构响应重构的方法,可实现利用正常测量的响应对因传感器损坏而丢失或其余所需的响应进行重构。首先,建立各处正常工作的传感器的测量响应与需要重构响应的关系,计算出含噪声的各类响应;然后,使用粒子滤波算法降低测... 详细信息

提出了分两步进行结构响应重构的方法,可实现利用正常测量的响应对因传感器损坏而丢失或其余所需的响应进行重构。首先,建立各处正常工作的传感器的测量响应与需要重构响应的关系,计算出含噪声的各类响应;然后,使用粒子滤波算法降低测量过程中有色噪声对于重构精度的影响,并且在粒子滤波算法中引入萤火虫算法代替重采样过程,改善粒子贫化现象。经对一个二维桁架进行数值模拟,结果显示该方法与直接使用测量响应进行响应重构的方法相比有更高的精度。

关键词：有限测量信息粒子滤波算法萤火虫算法响应重构有色噪声

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基于频响函数的动车组构架传感器优化布置

西南交通大学学报 2019年第2期54卷 402-407,414页

作者：彭珍瑞张楠殷红董康立兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070

为了实现传感器布置的位置和数量双重优化,提出了一种基于频率响应函数的传感器优化布置方法.首先,对结构进行模态分析并提取模态振型,计算结构的频率响应函数;然后,基于独立分量分析和K-均值聚类法优化传感器布置位置;最后,计算不同传... 详细信息

为了实现传感器布置的位置和数量双重优化,提出了一种基于频率响应函数的传感器优化布置方法.首先,对结构进行模态分析并提取模态振型,计算结构的频率响应函数;然后,基于独立分量分析和K-均值聚类法优化传感器布置位置;最后,计算不同传感器数量对应的布置结果的Fisher信息矩阵及其熵,信息熵的极小值对应的传感器数量即为传感器布置最优的数量. CRH3型动车组构架传感器优化布置结果表明,传感器均布置在符合国际铁路联盟标准UIC615-4规定的所有工况下构架产生最大应力位置附近,并且布置结果可以使数量有限的传感器获得的信息量最大化.

关键词：传感器优化布置构架频率响应函数独立分量分析 K-均值聚类法信息熵

引入Lévy flight和萤火虫行为的鱼群算法

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控制理论与应用 2018年第4期35卷 497-505页

作者：殷红董康立彭珍瑞李少远兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 上海交通大学电子信息与电气工程学院上海200240

针对人工鱼群算法(artificial fish-swarm algorithm,AFSA)和萤火虫算法(firefly algorithm,FA)在多维多极值函数寻优过程中易陷入局部最优和精度有待提高等问题,提出引入Lévy flight和萤火虫行为的鱼群算法(fish swarm algorithm wit... 详细信息

针对人工鱼群算法(artificial fish-swarm algorithm,AFSA)和萤火虫算法(firefly algorithm,FA)在多维多极值函数寻优过程中易陷入局部最优和精度有待提高等问题,提出引入Lévy flight和萤火虫行为的鱼群算法(fish swarm algorithm with Lévy flight and firefly behavior).该算法将萤火虫算法中萤火虫个体的移动策略引入到鱼群的聚群,觅食两种行为模式中,进而将Lévy flight引入到鱼群的搜索策略中,使得鱼群的搜索更加高效.此外,采取一种基于动态参数的非线性变视野和变步长的策略来限定鱼群的搜索范围.仿真分析表明,新算法较其他测试算法具有更好的全局搜索能力和寻优精度.

关键词：人工鱼群算法萤火虫算法 L6vy flight搜索策略行为模式

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面向结构响应重构的传感器优化布置方法研究

面向结构响应重构的传感器优化布置方法研究

作者：董康立兰州交通大学

学位级别：硕士

随着科学技术的发展和人类文明的进步,现代工程实际对结构动力学问题的解决提出了越来越严格的要求。在这一进程中,结构动力学和其他学科不断渗透交叉,衍生出了许多新的研究领域,例如结构振动控制、参数识别、载荷识别、诊断预测、故障... 详细信息

随着科学技术的发展和人类文明的进步,现代工程实际对结构动力学问题的解决提出了越来越严格的要求。在这一进程中,结构动力学和其他学科不断渗透交叉,衍生出了许多新的研究领域,例如结构振动控制、参数识别、载荷识别、诊断预测、故障诊断和损伤识别等;对于上述领域的研究,结构的响应信息至关重要,结构动态响应重构技术便是通过结构测量处的信息重构得到结构未测量处的信息,其在许多工程领域中都有重要的实际意义和应用前景。另一方面,受到经济因素等方面的制约,结构健康监测系统中可布置的传感器数量有限,传感器优化布置问题便是如何利用尽可能少的传感器获取结构尽可能多的信息。传感器优化布置问题近些年来获得了学术界广泛的关注,不同类型的传感器优化布置准则和优化布置方法层出不穷,但针对于结构响应重构的传感器优化布置方法研究却少之又少,基于此,本文开展了以下研究工作:针对线性结构的不确定性响应重构问题,介绍了卡尔曼问题的定义,建立了结构状态空间方程,推导和总结了传统卡尔曼滤波算法的步骤,结合逐步消去法给出了基于卡尔曼滤波的传感器优化布置方法,使用二维桁架模型在两种不同的工况下对所提方法进行了验证。针对传统卡尔曼滤波算法在未知激励下无法使用的问题,给出了使用激励预测卡尔曼滤波算法对结构响应和所受激励同时预测的方案,并将激励预测卡尔曼滤波与鲁棒两步卡尔曼滤波进行了比较;通过对萤火虫算法进行二进制编码,构建能够解决离散问题的萤火虫算法,并将其应用于求解传感器优化布置问题中,使用数值算例对比验证了逐步消去法和萤火虫算法的有效性。针对激励预测卡尔曼滤波算法在单一传感器类型测量下出现的滤波发散问题,结合模态法和激励预测卡尔曼滤波算法构建了结构响应的两步重构方法;使用逐步消去法作为传感器优化布置方法,使用数值算例对结构响应两步重构方法进行了验证;同时,对一悬臂梁模型进行了实测试验,并成功使用所提方法得到的传感器布置方案对未测量处的结构响应和所受激励进行了精确重构,试验算例结果和数值算例相吻合。

关键词：响应重构多类型传感器优化布置卡尔曼滤波逐步消去法萤火虫算法

基于径向基模型和巴氏距离的随机有限元模型修正

同方学位论文库评论

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振动与冲击 2021年第19期40卷 221-229,276页

作者：张亚峰彭珍瑞张雪萍董康立兰州交通大学机电工程学院兰州730070 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027

研究了考虑试验频响函数不确定性的有限元模型修正法。首先,假设待修正参数和响应特征量服从高斯分布,将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题;其次,构造径向基模型,将频响函数经过小波变换并提取第5层低频小波系数作为径... 详细信息

研究了考虑试验频响函数不确定性的有限元模型修正法。首先,假设待修正参数和响应特征量服从高斯分布,将不确定性模型修正问题转化为均值和标准差的修正问题;其次,构造径向基模型,将频响函数经过小波变换并提取第5层低频小波系数作为径向基模型输出,并通过土狼优化算法对径向基模型的方差进行优化;然后,以最小化巴氏距离为目标,引入花朵授粉算法,分别实施待修正参数的均值和标准差的两步和同步求解;最后,通过平面桁架结构和空间桁架结构验证了所提方法的可行性。结果表明,所提随机有限元模型修正法皆能有效地修正结构参数的均值和标准差,同时在不同的试验响应下对参数均值和标准差的修正具有鲁棒性。

关键词：模型修正不确定性径向基模型频响函数巴氏距离

基于加速度频响函数小波变换的贝叶斯模型修正

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振动与冲击 2022年第10期41卷 30-39页

作者：王增辉殷红彭珍瑞张亚峰董康立兰州交通大学机电工程学院兰州730070 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027

针对频响函数的似然函数推导复杂以及马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)算法不易收敛、样本拒绝率高的问题,提出一种基于小波变换和改进MCMC算法的贝叶斯模型修正法。首先,引入模态参与变异系数准则选取激励点位置、... 详细信息

针对频响函数的似然函数推导复杂以及马尔科夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)算法不易收敛、样本拒绝率高的问题,提出一种基于小波变换和改进MCMC算法的贝叶斯模型修正法。首先,引入模态参与变异系数准则选取激励点位置、模态动能法选取测点位置;然后,构造Kriging模型,计算加速度频响函数并进行小波变换,提取小波总能量作为Kriging模型输出,并通过粒子群算法优化Kriging模型相关系数;最后,为提高采样效率,以延缓拒绝策略为基础,当候选样本被拒绝时,引入天牛须搜索算法产生新的候选样本,以此估计待修正参数的后验概率分布。分别使用车辆三自由度系统和空间桁架模型验证所提方法,结果表明:修正后获得的马尔科夫链整体性能较好,样本接受率提高,各参数的相对误差基本保持在1%以内且具有良好的抗噪性。

关键词：模型修正贝叶斯方法加速度频响函数小波变换马尔科夫链蒙特卡罗(MCMC)算法 Kriging模型

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基于位移频响函数灵敏度分析的模型修正

振动与冲击 2021年第17期40卷 63-69页

作者：张亚峰殷红彭珍瑞张雪萍董康立兰州交通大学机电工程学院兰州730070 浙江大学生物医学工程与仪器科学学院杭州310027

针对频响函数灵敏度分析法进行模型修正时,由于一阶近似固有的局限性,很难直接迭代得到正确收敛结果的问题,提出了频响函数灵敏度拟合函数进行基于模型修正的结构损伤识别方法。首先,采用模态参与变异系数准则选取激励点位置、频率响应... 详细信息

针对频响函数灵敏度分析法进行模型修正时,由于一阶近似固有的局限性,很难直接迭代得到正确收敛结果的问题,提出了频响函数灵敏度拟合函数进行基于模型修正的结构损伤识别方法。首先,采用模态参与变异系数准则选取激励点位置、频率响应有效独立法结合距离系数-有效独立法选取测点位置;然后,综合考虑频响函数对修正参数变化的灵敏度和频响函数的相关性,选择一个合理的频率点;最后,拟合随参数变化的频响函数灵敏度函数曲线,引入新的中间设计参数,从而建立中间设计参数的频响函数灵敏度方程组,通过求解中间设计参数的改变量来求解修正参数的改变量。三自由度质量—弹簧和二维桁架系统的数值算例验证了所提出方法的可行性;数值算例表明,该方法具有较高的计算效率和识别精度,也对随机噪声具有鲁棒性,同时有效地避免了灵敏度方程组数值平衡导致的收敛问题。

关键词：频响函数(FRF) 灵敏度分析拟合函数模型修正损伤识别

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基于Kriging模型的损伤识别方法

机械强度 2020年第4期42卷 786-792页

作者：马静静殷红彭珍瑞董康立兰州交通大学机电工程学院兰州730070

为提高损伤识别效率,提出将Kriging模型引入到损伤识别中的方法。首先,采用拉丁超立方抽样选取损伤参数的样本点,并求得其对应的加速度频响函数,进而构造Kriging模型;其次,让满足精度的Kriging模型代替有限元模型参与损伤识别,以频率响... 详细信息

为提高损伤识别效率,提出将Kriging模型引入到损伤识别中的方法。首先,采用拉丁超立方抽样选取损伤参数的样本点,并求得其对应的加速度频响函数,进而构造Kriging模型;其次,让满足精度的Kriging模型代替有限元模型参与损伤识别,以频率响应差最小构造目标函数,利用布谷鸟算法求解损伤参数值;最后,通过平面桁架模型验证了所提方法的有效性,结果表明:仅布置一个测点即可对单损伤的损伤位置、损伤程度及多损伤的损伤程度进行较为准确地识别,最大识别误差小于1%;噪声和测点位置对损伤识别结果影响较小。

关键词：损伤识别 Kriging模型加速度频响函数程度识别