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基于遗传规划算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构

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基于遗传规划算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构

作者：夏彦君南京航空航天大学

学位级别：硕士

综合分析布拉格光栅在结构健康监测的中的应用成果和研究进展,说明结构健康监测的重要性和挑战性,以及布拉格光栅在其中的重要地位。在全面讨论布拉格光栅轴向非均匀应变分布重构方法的基础上,论文着重对非均匀应变分布重构的遗传规划... 详细信息

综合分析布拉格光栅在结构健康监测的中的应用成果和研究进展,说明结构健康监测的重要性和挑战性,以及布拉格光栅在其中的重要地位。在全面讨论布拉格光栅轴向非均匀应变分布重构方法的基础上,论文着重对非均匀应变分布重构的遗传规划方法进行了深入研究,具有重要的理论和工程应用价值。以耦合模理论为基础,分析了传输矩阵法求解的光栅反射谱与龙格库塔解存在差异的原因,探讨了包含应变梯度项的改进的传输矩阵反射谱计算方法,仿真算例表明改进的传输矩阵法可以更有效地逼近龙格库塔积分解。介绍遗传规划算法基本思路,重点讨论种群产生方法和避免规模爆炸的策略,分析选择、交叉和变异等遗传操作的作用及相关参数值对优化结果的影响,以便协调各个环节,增强优化能力。针对目前连续重构光栅轴向非均匀应变重构必须要对应变形式做预先假设的问题,本文提出了采用遗传规划的光栅轴向非均匀应变重构算法,利用其符号回归功能,无需应变分布形式的先验知识便可直接回归光栅轴向非均匀应变分布的函数表达式;定义了专门用于度量连续函数重构精度的均方积分误差,针对均值、线性、二次、正弦和不连续的应变分布形式,定量研究基于遗传规划的非均匀应变分布重构方法的效果,验证了本文算法的有效性;并和最新的混沌遗传非均匀应变分布重构方法比较,结果表明遗传规划方法续重构非均匀应变分布形式具有相对较好的精度和更好的实时性能,具有独特的优越性。

关键词：结构健康监测光纤布拉格光栅非均匀应变分布重构改进的传输矩阵遗传规划算法

基于混沌遗传算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构研究

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基于混沌遗传算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构研究

作者：张荣祥南京航空航天大学

学位级别：硕士

光纤布拉格光栅传感技术在结构健康监测领域有着广阔的应用前景,而进化计算和机器学习是目前人工智能和模式识别领域的前沿科学,本文布拉格光栅非均匀应变分布重构的研究工作采用了混沌遗传算法和支持向量回归方法,具有重要的理论价值... 详细信息

光纤布拉格光栅传感技术在结构健康监测领域有着广阔的应用前景,而进化计算和机器学习是目前人工智能和模式识别领域的前沿科学,本文布拉格光栅非均匀应变分布重构的研究工作采用了混沌遗传算法和支持向量回归方法,具有重要的理论价值和工程实践意义。从耦合模理论的角度分析了光纤布拉格光栅应变传感原理,重点讨论了龙格库塔积分法和传输矩阵法的布拉格光栅反射光谱计算方法;在分析基本遗传算法优劣性能的基础上,提出了实数编码和适应度排序标定方案的改进遗传算法;为了加快遗传算法的收敛速度和避免陷入局部最优解,研究了混沌优化算法的原理和载波方式,并构建成混沌算子嵌入改进遗传算法中形成混沌遗传算法;定义了四种衡量非均匀应变分布重构精度的指标,针对非均匀应变分布形式分为线性、多项式、高次和不连续四种情况,从指标定量分析的角度研究了混沌遗传算法的优化性能,并和改进遗传算法比较,验证了混沌算子局部寻优的有效性;详细讨论了进化代数、反射光谱谱宽、采样间隔以及测量噪声对应变分布重构精度的影响,提出了ε-不敏感损失支持向量回归的反射光谱降噪方法,算例的仿真结果表明依据支持向量回归的反射光谱进行非均匀应变分布重构取得了令人满意的效果。

关键词：结构健康监测光纤布拉格光栅非均匀应变分布重构传输矩阵混沌遗传算法支持向量回归

FBG轴向非均匀应变分布的遗传规划重构方法

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光电子．激光 2010年第8期21卷 1141-1145页

作者：夏彦君郑世杰南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室江苏南京210016

针对现有的光纤Bragg光栅轴向非均匀重构方法需预先对应变分布形式做假设而实际结构中应变分布是任意的这一问题,基于新兴的遗传规划(GP)算法,提出一种重构FBG轴向非均匀应变分布的方法,利用GP自动设计并优化应变分布的函数表达式,使应... 详细信息

针对现有的光纤Bragg光栅轴向非均匀重构方法需预先对应变分布形式做假设而实际结构中应变分布是任意的这一问题,基于新兴的遗传规划(GP)算法,提出一种重构FBG轴向非均匀应变分布的方法,利用GP自动设计并优化应变分布的函数表达式,使应变重构的空间分辨率可以达到任意值。多种应变分布形式下的应变重构仿真结果表明,GP方法可以有效地进行光栅轴向非均匀应变分布的连续重构,精度和计算效率较现有方法有明显提高。

关键词：结构健康监测光纤Bragg光栅(FBG) 非均匀应变分布重构遗传规划(GP)算法 MT矩阵法

FBG非均匀应变分布的动态粒子群算法重构研究

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压电与声光 2013年第2期35卷 174-177,180页

作者：张贵珍王宏涛南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

基于动态粒子群算法(DPSO)和传输矩阵法,提出了一种新的光纤布喇格光栅(FBG)轴向非均匀应变分布重构方法。利用光栅轴向采样点处的应变值作为粒子,让其在解空间中模拟鸟群行为进行搜索,算法的惯性权重w根据不同粒子与当前种群中全局最... 详细信息

基于动态粒子群算法(DPSO)和传输矩阵法,提出了一种新的光纤布喇格光栅(FBG)轴向非均匀应变分布重构方法。利用光栅轴向采样点处的应变值作为粒子,让其在解空间中模拟鸟群行为进行搜索,算法的惯性权重w根据不同粒子与当前种群中全局最优粒子距离的大小进行动态调整,加快了算法收敛到最优点的速度。采用DPSO对线性、二次、正弦、不连续等4种应变分布形式进行了应变重构,并与量子行为粒子群优化算法(QPSO)的重构结果进行了比较,仿真结果表明,DPSO优化算法可有效地进行光栅轴向非均匀应变分布的重构,精度和迭代速度较QPSO法有显著提高。

关键词：光纤布喇格光栅非均匀应变分布重构动态粒子群算法传输矩阵法应变梯度

支持向量回归算法在光纤光栅非均匀应变重构中的应用

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光学学报 2008年第8期28卷 1513-1517页

作者：张荣祥郑世杰夏彦君张绥远南京航空航天大学智能材料与结构航空科技重点实验室南京江苏210016

当布拉格光栅轴向存在大的应变梯度时,其反射光谱的形状会被扭曲,甚至出现多峰,发展非均匀应变分布重构方法对于结构健康监测技术具有重要意义。但采集反射光谱时的测试噪声会显著影响应变分布重构的精度。为此,提出了采用支持向量机对... 详细信息

当布拉格光栅轴向存在大的应变梯度时,其反射光谱的形状会被扭曲,甚至出现多峰,发展非均匀应变分布重构方法对于结构健康监测技术具有重要意义。但采集反射光谱时的测试噪声会显著影响应变分布重构的精度。为此,提出了采用支持向量机对含噪的反射光谱进行回归预处理,并运用适应度排序改进的遗传优化算法结合传输矩阵反射光谱构建方法识别布拉格光栅轴向非均匀应变分布的方法。该方法将反射光谱视为时间序列,利用支持向量回归的全局优化和泛化能力进行噪声抑制,从而回归出有效的反射光谱;通过传输矩阵方法将光栅轴向应变分段均匀化,利用改进的遗传算法进行并行重构。对多种应变分布形式下的应变重构进行了仿真研究,结果表明,支持向量机方法可以有效地进行反射光谱回归,提高非均匀应变分布重构的精度。

关键词：光纤光学健康监测非均匀应变分布重构改进遗传算法支持向量回归传输矩阵法

FBG非均匀应变传感与PLZT-IPMC非接触复合驱动性能研究

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FBG非均匀应变传感与PLZT-IPMC非接触复合驱动性能研究

作者：张贵珍南京航空航天大学

学位级别：硕士

随着航空、航天、大型民用工程等结构系统的高速发展，对结构健康监测（SHM）技术与结构形状控制技术提出了越来越高的要求。目前，不论是研究光纤布拉格光栅（FBG）的应变传感模型来分析结构中的应力、应变，还是研究非接触光电驱动技... 详细信息

随着航空、航天、大型民用工程等结构系统的高速发展，对结构健康监测（SHM）技术与结构形状控制技术提出了越来越高的要求。目前，不论是研究光纤布拉格光栅（FBG）的应变传感模型来分析结构中的应力、应变，还是研究非接触光电驱动技术以控制柔性结构的形状变形，均具有十分重要的现实意义。本文研究了重构FBG轴向非均匀应变分布的反问题。首先分析了FBG的应变传感特性，重点讨论了利用传输矩阵法（T矩阵法）、龙格库塔积分法（R-K法）以及改进的T矩阵法（MT矩阵法）求解FBG反射光谱的步骤。其次，详细分析了粒子群（PSO）算法及其改进后的优化性能，提出了一种基于T矩阵法和动态粒子群(DPSO)算法重构光栅轴向非均匀应变分布的新方法，该方法利用DPSO算法优化光栅轴向应变，运用T矩阵法计算光栅反射光谱，并通过分析计算反射光谱与目标反射光谱的误差来寻找最优解;根据不同粒子与当前群体最优粒子距离的大小动态调整算法的惯性权重，加快了算法的收敛速度。利用此方法对线性、二次、正弦、不连续等四种应变分布形式进行了仿真重构，并与量子行为粒子群算法（QPSO）的重构结果进行了比较分析。仿真结果表明，从重构精度指标角度来看，DPSO算法较QPSO算法更具高效性。再者，基于DPSO算法的重构结果，详细讨论了进化代数、谱宽及谱采样间隔对重构精度的影响。最后，用MT来代替T矩阵进行光栅反射光谱计算，且利用DPSO算法对以上四种类型的应变分布进行了仿真重构。此外，设计了一套测试装置，DPSO算法对实测的FBG反射光谱实现了应变分布重构。仿真与实验结果都验证了DPSO算法重构应变的有效性与可行性。本文针对光电非接触驱动技术进行了实验研究。首先分析了PLZT陶瓷与IPMC薄膜两种材料的物理特性、驱动机理与数学模型。其次，对PLZT陶瓷的光致伸缩效应与IPMC薄膜的电致动特性分别开展了实验研究。最后，开展了非接触复合驱动性能测试实验研究，利用PLZT陶瓷在紫外光照射下产生的光致电压激励IPMC薄膜产生弯曲，设计了IPMC薄膜过压保护电路，以防止电压过高击穿IPMC薄膜。实验结果表明，非接触复合驱动技术是有效可行的。

关键词：光纤布拉格光栅非均匀应变分布重构动态粒子群算法改进的传输矩阵法非接触驱动技术光致伸缩效应电致动特性