基于MAC与PSO的自动机测点优化

针对某型高射机枪自动机机箱的外表面形状比较复杂,传感器的布置受到结构形状的限制,自动机构件运动的敏感点难以获取,提出了基于模态保证准则与粒子群算法的自动机测点优化配置方法。根据对某型高射机枪自动机的ANSYS有限元模态分析,并针对机枪的模态试验结果,建立了基于模态保证准则的适应度函数,并通过运用粒子群算法优化传感器的配置,解决了自动机机箱振动信号采集过程中测点的选择和优化以及传感器布置数量难以估计和定位困难的问题。     

基于多元函数粒子群的齿轮箱检测优化方法

针对机车齿轮箱检测获取的多源信号具有数据量大、相关性低和可靠性差等问题,提出一种新型智能优化算法为多元函数粒子群优化算法。研究了粒子种群的异众比率和适应度对惯性权重的影响,在传统粒子群算法的基础上提高了算法的收敛速度及效率,以正则化模态差的适应度函数作为测点数量的评价指标,根据齿轮箱模态振型分析,实现了齿轮箱的多传感器检测优化。以齿轮断齿故障为试验对象,通过与传统检测方法比较分析,准确获取了齿轮箱输入轴转频39.5 Hz,第三级啮合频率90.5 Hz以及2～5倍频成分,快速识别了故障齿轮的位置。实验结果表明了该方法能够增强结构参数的识别率,有效提高了故障诊断的准确性,同时为机车故障预警和安全服役提供了关键技术基础。     

基于改进粒子群算法的应变传感器优化布置

在结构健康监测和损伤识别研究中,为了应用有限的试验设备资源获取尽可能多的有效测试信息,快速有效地解决应变传感器的优化配置问题,提出了一种基于克隆选择和离散粒子群混合算法优化新型适应度函数的应变传感器优化布置方法,并将该方法应用到拉西瓦拱坝上。结果表明,基于改进克隆选择和离散粒子群混合算法具有更强的全局寻优能力,且提出的应变类适应度函数在保证应变模态正交性和模态应变能方面更有优势。该方法能很好地识别拱坝的应变振型,可在各类结构的模态测试和损伤识别研究中进行推广。     

输电铁塔双轴加速度传感器优化布置

研究输电铁塔结构振动测量用双轴加速度传感器的优化布置问题。以三维模态置信准则(TMAC)为基础,提出一种新的考虑减小冗余度的二维模态置信准则法(RRBMAC法),以实现双轴加速度传感器优化布置,该方法基于改进的二维列主元QR分解获得传感器初始布点,再结合BMAC矩阵非对角元最大值和测点冗余度建立目标函数进行寻优。采用EFI2法和RRBMAC法对钢管塔进行传感器优化布置,采用两个水平方向的模态置信准则和最大奇异值比值对布点方案进行评价,结果显示两种方法的优化效果均首先随传感器数量增加而增强,而后趋于平稳,RRBMAC法较EFI2法能够获得更好的布置效果,且在传感器数目较少的情况下,RRBMAC法即表现出较好的优化能力。另外,采用EFI2法和RRBMAC法对一基格构式输电铁塔进行传感器优化布置,对比分析结果显示RRBMAC法能够获得较好的布置方案。采用优化的传感器布置方式对铁塔进行风振响应实测,并采用NEx T-ERA方法识别铁塔固有频率和阻尼系数,与模态分析结果对比显示NEx T-ERA方法能够提取得到较精确的频率结果。     

基于MAC算法的法兰螺纹连接结构传感器优化布置

传感器布置问题对机械结构的故障诊断和状态识别过程有重要意义。利用模态置信度(MAC)算法解决法兰螺纹连接结构故障检测中传感器优化布置问题。首先建立法兰螺纹连接结构的有限元模型,并对其进行模态分析。充分考虑模态分析结果和法兰结构实验的目的,初步选取传感器布置点用以候选。从侯选测点中选择满足MAC矩阵非对角元素最小的测点,添加到初始测点中,不断循环直至达到要求,实现了法兰结构传感器的优化与定位。为振动状态中螺纹连接结构的状态识别提供合理的传感器布置方式。     

应变传感器优化配置研究

传统传感器优化配置准则是以位移模态为目标对传感器的位置进行优化配置，不适用于应变传感器位置的优化。为此，本文针对应变传感器优化配置问题，理论推导出应变模态具有正交性，并以此为基础提出基于应变模态保证准则的虚变传感器优化配置准则，对利用应变模态矩阵信息阵初步拟定出的一小组传感器位置进行了研究。最后以一个复合材料四端简支板为例，对本文方法的可行性进行分析研究，结果表明，本文所建议的方法能更加有效地配置虚变传感器。     

综合模态H2范数下致动器/传感器的优化配置

致动器/传感器的优化配置问题是智能柔性结构振动主动控制中的关键技术问题,基于模态空间H_2范数研究了智能柔性梁系统中压电致动器/传感器的优化配置问题。根据Rayleigh-Ritz理论建立了系统的动力学方程并得到其状态空间表达式。提出了一种衡量系统能控/能观性并考虑模态权重的综合模态H_2范数准则,采用改进遗传算法研究系统中并置致动器/传感器的优化配置问题,得到了系统多个模态、综合模态H_2范数最优的致动器/传感器布局结果。实验结果表明,利用优化结果进行致动器/传感器的布局,系统单个模态和综合模态均具有较好的检测和控制效果,被控模态具有较好的能控/能观性,所提出的优化准则和优化方法是可行的。     

输电铁塔双轴加速度传感器多目标优化布置*

输电铁塔传感器优化布置有助于采用较少的传感器获得更精确的结构模态信息。建立铁塔顺线路方向和横线路方向上的目标函数,分别为MAC矩阵非主对角元最大值、奇异值比值最大值以及测点模态动能最小值的倒数,将输电铁塔传感器优化布置问题转换为多目标优化Pareto问题,对各目标值进行最小化处理可以获得较优的传感器布置方案。采用结合非支配遗传算法的改进粒子群优化算法对该多目标问题寻优,并与二维有效独立法对比,结果显示本文所提多目标优化兼顾各目标值,可获得较好的布置效果。对一基猫头输电塔进行实测分析,结果表明采用本文方法布置传感器能够获得较好的测量效果。     

改进变分模态分解包络谱分析在自动扶梯轴承故障诊断中的应用

针对滚动轴承故障诊断及特征提取问题,提出了改进适应度函数的变分模态分解包络谱分析方法.首先,通过蜻蜓优化方法及同时兼顾相关系数和峭度的适应度函数确定变分模态分解的分解层数和惩罚因子;然后,采用最优的分解参数对振动信号进行变分模态分解;最后,选择适应度最大的分量进行希尔伯特包络谱分析,提取故障特征.试验台数据验证表明该适...     

基于EI及MAC混合算法的斜拉桥传感器优化布置

提出一种传感器优化布置算法,结合有效独立法和模态置信保证准则(Modal Assurance Criterion,简称MAC法)的优点,解决了采用MAC法进行传感器优化布置时所遇到的问题.首先,利用列主元QR分解技术得到MAC法确定传感器位置的初始测点,然后用有效独立法确定侯选添加测点的范围,避免了添加测点的盲目性,从侯选测点中选择满足MAC矩阵非对角元素最小的测点,添加到初始测点中,不断循环直至达到要求,上述算法采用matlab7.0编制程序实现.最后,以五河口大桥为研究对象,运用程序对五河口大桥主梁作了不同数目测点方案的传感器优化布置研究.结果表明,混合算法不仅保证了所测向量的MAC矩阵非对角元素值较小,而且具有较好的线性独立性和空间交角.     

某型起重机械低阶模态实测的传感器优化配置

为了在某型起重机械的低阶模态实测实验中获得较高质量的动力学信息,从参数识别的不确定性和多阶模态的振型匹配两个角度,以信息熵和振型相关系数矩阵的最大非对角元两个优化准则给出优化目标函数,采用逐步累积算法,对现场实验传感器配置进行优化.另外在低阶模态振型矩阵中加入高阶模态,验证优化算法的有效性.     

激励点优化和加速度信号的结构损伤识别

通过对激励点优化布置获取结构的响应信息,提出了一种以加速度信号差曲率函数作为损伤指标,直接利用输出信号快速判断结构损伤位置的方法.首先计算模态振型,以模态保证准则(MAC)矩阵非对角元素最小值作为适应度函数,采用改进粒子群算法(MPSO)优化激励点数量和位置,再运用平均加速度幅值和均方根评价准则选择较优的激励点布置方案;然后试验激励对应的位置,获取加速度信号后计算测点处损伤前后加速度差的平方的积分值,运用曲率指标函数确定损伤位置,并对加速度信号通过巴特沃斯滤波后作为改进多尺度样本熵(MMSE)的输入样本;最后根据MMSE均值的变化,判定各工况相对损伤程度变化.结果表明:利用结构响应的加速度信号差曲率函数适合作为损伤识别的判别指标,通过三维桁架振动台中螺栓连接的状态模拟损伤,可以对不同损伤工况进行损伤诊断.     

传感器优化布置的改进有效独立算法

基于传统有效独立法(effective independence algorithm,简称EI法),以测点的频响函数为驱动点留数加权有效独立分布向量,提出改进的有效独立法用于传感器优化布置。该方法弥补了传统有效独立法会得到振动能量较低测点的缺点,可针对位移、速度和加速度不同类型的传感器采用相应的频响函数分别进行优化布置。应用该方法对一座矮塔斜拉桥三向加速度传感器进行优化布置,并采用模态保证准则和抗噪声能力准则对布置方案进行评价,结果表明,改进有效独立法能得到精确、经济的传感器布置。     

二重结构编码遗传算法在传感器配置中的应用

讨论了模态实验中传感器的配置问题,以模态置信度矩阵的最大非对角元为目标函数,重点研究了组合优化问题中的遗传算法,针对组合优化中约束条件的满足问题提出了二重结构编码遗传算法,并将这种方法应用于海洋平台的传感器配置中,与序列法作了比较,取得了较好的优化效果。     

一种传感器优化布置的高能有效独立法

针对结构健康监测的传感器优化布置问题,考虑模态动能和模态应变能对传感器布点选择的影响,提出了一种高能有效独立法(E-EI),解决了有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的问题。推导了多能量参数的归一化等效能量矩阵,通过矩阵对角线元素的大小评价测点的能量分布。为验证E-EI法的有效性和泛化性,进行了空间桁架输电铁塔仿真算例分析以及铁路尖轨的实验验证,利用5种评价准则从测点能量分布、正交性、所含信息量3个方面对比分析了E-EI法、EI法以及3种EI法的改进方法。结果表明,E-EI法与其他改进方法相比同时实现了高能测点筛选以及测点高线性独立性。其中,布置12个传感器的尖轨实验中E-EI法的MAC矩阵非对角元素平均值比EI法的减少了5.48%,模态动能平均值比EI法的增长了133.27%,模态应变能比EI法的增长了35.82%。     

基于幅谱分割的粒子群最优模态分解研究与应用

提出了一种利用粒子群最优化技术的模态分解方法.其中多个模态的参数组成粒子属性集,粒子按照粒子群算法不断迭代获得全局最佳粒子.引入模态聚类的思路来估计出各个模态参数的上下限范围,从而给出粒子属性值的上下界,大幅度减少粒子群算法的搜索空间.首先把频响函数的幅谱曲线看成是局部波峰的集合,引入聚类分割思路构造聚类距离函数,使用k-means算法把频响函数频谱自动聚类成多个单模态类,然后运用单模态分解算法估计出每个模态类的模态参数的上下限范围,这种上下限范围就是粒子属性值的上下界.另外还采用了混合变异粒子群算法来提高最优化搜索的效率.从仿真信号的大量实验研究结果看,与经典的正交多项式拟合算法相比,该算法的噪声抵抗能力更强、更稳定.把算法应用到轻轨锚固螺杆振动检测中表明,该算法能够提取出精确的模态参数,算法在实际工程中表现出很好的稳定性和抗干扰性.     

振动控制中传感器优化配置的频域方法及在智能结构中的应用

讨论了振动控制中采用试验模态分析技术实现模态滤波器,以获取模态坐标时传感器的优化配置问题,为了使由频响函数所构成的矩阵条件数量小,以减小模态波器误差,提出了一种次优方法。它逐步消除那些对该矩阵条件数贡献最小的传感器可选位置,一直到只剩下希望的传感器数目的位置为止。过种方法简单易行,效率较高,并通过一个空间智能桁架结构的传感器优化配置研究,说明该方法的有效性。     

基于多点脉冲激励的主轴系统运行模态分析方法

主轴系统的模态参数是加工稳定性预测及参数优化等的重要依据。针对主轴系统难以实施有效激励的问题,提出了基于多点脉冲激励的运行模态分析(Operational modal analysis,OMA)方法,对刀具、刀柄及主轴分别施加脉冲激励,获取测点的振动响应及互相关函数,采用多参考最小二乘复指数法(poly-reference least square complex exponential method,pLSCE)识别了模态参数。通过模态置信判据方法剔除识别过程所衍生的虚假模态,提高了模态参数识别的准确性。与锤击模态试验结果的对比表明,识别的固有频率与阻尼比的最大相对误差分别为4.57%和11.02%,一致性较好,表明由多点激励下响应信号的互相关函数可准确识别主轴系统模态参数,为主轴系统运行模态分析提供了一种新思路。     

一种多目标传感器优化布置方法及其应用

为解决复杂结构损伤识别中的传感器优化布置问题,以某发射台为研究对象,提出了一种多目标传感器优化布置方法(multi-objective optimum sensor placement,简称MO-OSP)。从结构运动方程出发,推导了同时具有各自由度模态独立性信息、损伤灵敏度信息以及运动能量信息的综合信息矩阵。根据信息熵原理,以协调灵敏度矩阵条件数最小和信息矩阵最大为目标,构造了能够兼顾算法敏感性和鲁棒性的目标函数,进而实现测点优选。采用多个评价准则和损伤识别实例,将所提方法与已有的3种典型传感器优化布置方法进行了对比分析。结果表明,提出的MO-OSP方法能充分满足模态线性独立和损伤敏感性,还具有较强的抗噪声性能,是解决复杂结构损伤识别中传感器优化布置问题的有效方法。     

高速动车组横梁应变场光纤测量与反演研究

针对高速动车组车底底架横梁的应变场反演问题,基于模态叠加法和传感器优化配置理论,提出一种根据部分测点的实测单向应变反演结构空间应变场的方法。以结构的应变模态为输入,以模态坐标独立性为目标,基于信息熵理论建立了传感器优化配置的数学模型,再根据模态坐标和振型采用正则化方法反演结构应变场。仿真计算结果表明,无噪声干扰下,反演的精度较高,最大均方误差为9.87×10^-12,并且正则化方法可以有效抑制噪声对结果的影响。搭建了基于光纤光栅传感系统的测试试验台,基于实测应变数据和模态结果反演应变场,结果表明,反演后的应变幅值相对误差带为1.21%～10.79%,反演数据和实测数据的均方误差带为0.80～3.69。该方法能够准确识别结构的模态坐标,为获取高速列车关键结构的应变场分布提供参考。