损伤检测中的传感器优化布置方法研究

探讨了2种基于数据信息最大化准则的传统传感器优化布置方法:基于Fisher信息阵行列式值最大的有效独立法(EFI)和基于模态应变能最大的运动能量法(KEM)。针对它们的不足提出一种新的传感器优化布置方法——有效独立-驱动点残差法(EFI-DPR)。运用均方差最小准则、抗噪性能最好准则和模态保证准则来评价各种优化布置方法的优劣。数值分析表明:有效独立-驱动点残差法是3种优化方法中最好的方法。     

基于两步有效配置法的传感器优化布置

近年来,世界各国都在积极开展对结构进行健康监测的研究,提出了许多种传感器优化配置方法,但在传感器数量优化上考虑得比较少.为解决传感器数量优化的问题,本文提出一种同时考虑数量和位置优化的传感器布置算法--基于两步有效配置法的传感器优化布置方法.该法首先通过弹性波传播原理确定特定结构的传感器布置极限间距并初步确定检测所需传感器数量,然后采用有效独立-驱动点残差法并将传感器布置极限间距作为该法的一个约束条件对传感器进行优化布置.针对特定检测系统,以桥梁结构Bericlamark模型为例,验证了上述传感器两步优化配置法的有效性.计算表明,该法能有效地解决传感器优化配置问题.     

桥梁健康监测中三向传感器的测点优化布置方法

提出一种适用于大型桥梁结构的三维加速度传感器测点布置优化方法--三维有效独立法(简称EI3)。该方法将三向加速度传感器按Fisher信息矩阵准则进行优化布置。以悬臂梁为例,分别采用三维有效独立法、逐步累积法和遗传算法对传感器优化布置并相互验证。结果表明:三者吻合较好,但三维有效独立法能有效反映多自由度优化布置结果。最后三维有效独立法成功应用于九江长江大桥健康监测系统。     

基于桥梁健康监测的传感器优化布置研究现状与发展趋势

从传感器监测项目优化、数量优化和位置优化3个方面综述传感器优化布置的研究现状。重点探讨传感器位置优化,系统介绍了基于模态可观测性和基于损伤可识别性的传感器优化布置准则、布置方法和布置评价准则,对比分析各种布置方法之间的脉络关系、技术演变及其优缺点,最后指出传感器优化布置研究存在的几点不足及其技术发展趋势。     

大型桥梁动力检测测点优化的改进遗传算法及其应用

回顾了基于动力检测的传感器优化布置准则和方法,提出了一种应用改进遗传算法,服务于大型桥梁动力检测的测点优化方法,并将该方法具体应用到了哈尔滨四方台大桥的动力检测中.该算法改进了约束条件,对于传统遗传算法在大型结构应用时收敛慢且易陷入局部最优的缺陷进行了自适应和全面交叉改进,这种改进大大加快了收敛速度,并确保该算法能搜索到最优值.把经典的优化准则———有效独立准则,模态置信准则,模态应变能准则等以适应度的形式嵌入改进遗传算法中,得出各自的优化布置.通过对哈尔滨四方台大桥模型的仿真分析,证明改进的遗传算法在搜索能力、计算效率、可靠性等相对于传统遗传算法有较大的改善,搜索能力明显优于经典的序列法.在此基础上选取三种典型方法应用于哈尔滨四方台大桥的检测中,用实际采样得到的响应数据进行模态参数辨识,得出了该结构的振型,通过实际应用证明了上述方法的可行性.     

巨型望远镜FAST 30m模型结构传感器优化布置

为了有效监测结构,研究巨型望远镜(FAST,Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope)30m模型结构——整体索网结构的传感器优化布置方法.FAST 30m索网结构监测内容包括环境荷载和结构响应,其中索应力、变位节点位移、结构振动是主要监测物理量.索应力监测传感器主要按照"热点应力"原则布设,综合考虑各照射源方向反射面变位后"热点应力"位置、按实际周围环境数值模拟各风向作用下风荷载计算的最大峰值响应位置以及球面基准态时索应力变化对结构整体刚度影响较大的位置;为使主动反射面精确定位,所有变位节点粘贴光学靶标,采用激光全站仪自动同步扫描其坐标以推算径向位移和切向位移;结构振动以风荷作用下主要参与振动模态为目标模态,基于有效独立法进行测点优化.     

不同适应度函数的遗传算法在桥梁结构传感器布设中的应用

从模态振型正交性和模态能量两方面出发设计了3个适应度函数,将其分别应用于改进遗传算法和单亲遗传算法。采用两步法对大跨径桥梁结构传感器布设进行定量和定位分析。通过对两种遗传算法、3个适应度函数及有效独立算法在大跨径拱桥中的对比分析,证实了单亲遗传算法比改进遗传算法更适合于桥梁结构传感器的布设,基于组合评价准则适应度函数比单一评价准则适应度函数布设出的传感器位置更加合理,验证了两步法用于传感器定量及定位计算的有效性。     

基于遗传算法的传感器优化布置

为解决空间网格结构模态测试中的传感器位置优化布置问题,提高采集数据信息的完备性,采用遗传算法优化传感器布置位置.在解的编码过程中采用二维数组,每一行存储一个可行解;采用强制变异避免遗传算子操作过程中出现同一个位置重复布置的问题.为了提高收敛速度,将基于模态矩阵QR分解的传感器优化布置结果作为第一代父群.对单层球面网壳进行优化计算后,将基于遗传算法的优化结果和QR分解得到的结果进行了应变能指标和相关性矩阵(MAC)的比较,发现前者不仅在应变能指标有大幅度的提高,而且相关性矩阵也有相应改善.     

基于有限元模型的汽车排气系统的悬挂点位置优化

基于Hypermesh软件建立的汽车排气系统的有限元模型,运用MSC.NASTRAN软件首先进行自由模态分析,初步确定悬挂点位置。再运用平均驱动自由度位移法(ADDOFD)对排气系统的悬挂点位置进行优化。最后对优化后的排气系统进行了约束模态分析。结果表明,优化后的各阶固有频率能避开发动机怠速和经济转速下的激励频率,从而可以有效降低排气系统的振动。     

基于小波和图论的空间结构传感器优化布置

针对小波智能方法的特点并运用图论理论，将空间结构或其一部分抽象为有向图。根据各杆件的连接关系确定距离矩阵，并运用Floyd算法，综合考虑结构模态动能和模态应变能等参数，提出了一种新的传感器优化布置方法。应用该法对一个单层网壳进行了传感器优化布置，通过数值模拟对节点上的加速度传感器信号进行特征提取，并运用支持向量机进行了损伤识别，通过对比分析，验证了所提出的传感器优化布置方法和小波智能方法的实用性和有效性。     

基于可靠性的给水管网传感器多目标选址

针对蓄意污染事件下给水管网传感器优化选址问题,提出了以污染事件监测比例最大化、污染事件监测时间期望值最小化和选址方案可靠性最大化为设计目标的多目标优化选址模型. 结合一管网算例,利用EPANET2模拟污染入侵后管网结点的污染物浓度时间序列,通过蒙特卡洛方法获取污染事件监测时间矩阵;应用基于整数编码的非支配排序遗传算法-II (NSGA-II)求解该模型,给出了设计目标间的Pareto前沿面并对参数敏感性做了分析. 结果表明,传感器预算数目与可靠性时间标准对传感器选址结果有着显著影响. 提出的模型可用于对给水管网传感器选址问题的多个竞争目标进行权衡分析．     

SVD Approach for Actuator and Sensor Placement in Active Vibration Control of Large Cable Net Structures

The actuator and sensor placement problem for active vibration control of large cable net structures is investigated in this paper. Since the structures exhibit closely spaced modes in the range of low frequencies, the number of modes to be considered is quite large after modal truncation, while only a limited number of actuators and sensors are to be placed. This makes it hard to determine the actuator and sensor locations with the existing placement methods in the literature such as the methods based on the controllability/observability grammian. To deal with this issue, an actuator and sensor placement method based on singular value decompositions (SVD) of the input and output matrices is proposed, which guarantees the modal controllability and observability of the system. The effectiveness of the SVD based method is verified through numerical simulations in which comparisons are conducted between randomly-chosen locations and the optimal ones obtained by a genetic algorithm.     

Sensor placement for structural damage detection with modal data

A new method is presented for prioritizing sensor locations for structural health monitoring (SHM). In view of the needs of SHM and damage detection,sensor locations are optimized for the purpose of both sensitivity for local damages and independence of the target mode. However,the two different optimization criterions lead to an inconsistency of the optimal result. Considering the structural response changes that result from damage,the relationship between the structural response and damage is deduced from the structural motion equation by a quasi-analytical mode. Based on the harmony between damage identifiability and mode observability,an object function is set up,including the information of mode independence and damage sensitivity. Utilizing the technique of singular value decomposition,an interior algorithm for the optimum sensor placement is proposed with the multiple objective criterions of minimizing the condition number of coefficient matrix and maximizing the fisher information matrix. A numerical example shows that this approach can effectively avoid the contradiction between the two different optimization criterions. Comparing with the result of single object,the result of damage detection from the optical sensor locations is much more accurate.     

结构损伤参量灵敏度分析的传感器数量位置优化

为判断结构是否存在一定水平的损伤,对结构健康监测系统中所需的加速度传感器的最小数目及其位置进行计算.以损伤参量的灵敏度技术为基础,根据结构损伤对各种损伤参量的影响范围的不同,以遗传算法为工具,针对各种损伤参量得出所需传感器的最小数目以及其配置位置.通过对19自由度的简支梁进行仿真分析,得到对于不同损伤参量进行损伤识别所需加速度传感器最小数目和位置,结果表明对于该算例,柔度法所需传感器数目较少,但是损伤位置比较难确定,而对于模态曲率和模态应变能所需传感器比较多.通过该布置方法可以对结构损伤情况的损伤位置有大致评估,对多损伤状态的最大损伤处有初步定位.     

雷达组网多传感器选择快速启发式算法

为了提高雷达组网目标跟踪系统的跟踪能力,常用方法是增加组网中的传感器个数,但同时伴随而来的是传感器选择算法的计算量增加问题。该文结合信息增量和协方差控制的优点提出了一种多传感器选择快速启发式算法,给出了一种"最佳"传感器排序准则和传感器优化组合的选择方法,在满足目标跟踪精度的前提下,提高传感器管理的运算效率,仿真结果验证了算法的有效性。