基于分布式猴群算法的传感器优化布置方法研究

建立了针对具有较多自由度的大型结构传感器优化布置的分布式猴群算法。通过引入双重编码的方式, 克服了原猴群算法只能解决连续变量的缺陷;针对单个猴群全局搜索能力较弱的问题, 提出了一种将初始化产生的大量猴子个体按照指定的方式分配到多个猴群进行同步并行搜索的方法;考虑原猴群算法能够跳出局部最优的特点以及和声算法较强的局部搜索能力, 提出将每个猴群得到的初步最优解作为初始和声记忆库, 采用基本和声算法进行二次搜索的方法, 来获取传感器的最终布设方案。文末以大连国贸大厦为例, 进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择, 结果表明分布式猴群算法具有较强的全局寻优能力, 非常适用于具有较多自由度的大型结构传感器优化布置。     

基于自适应引力算法的桥梁监测传感器优化布置

针对桥梁健康监测中传感器布置优化问题,提出了一种基于自适应引力算法的传感器优化布置方法.以模态置信准则为基础,构造满足传感器优化布置的适应度函数;针对引力搜索算法开发能力不足,对衰减因子α进行了自适应改进.搜索初期α较小,粒子以较大步长进行全局搜索,增强了算法的搜索效率;搜索后期α较大,粒子以较小的步长进行局部搜索,提...     

基于小生境猴群算法的传感器优化布置方法研究

将小生境进化理论引入到猴群算法中,提出了一种用于传感器优化布置的小生境猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷,并采用混沌搜索的方式产生初始猴群位置,使猴群均匀分布;将猴群分为多个小生境猴群系统,形成各自独立的搜索空间;基于共享适应度的方法对小生境猴群进行末尾淘汰,并随机初始化产生新的猴子,提高小生境猴群的多样性;利用各个小生境猴群的平均适应度替换机制使得优良猴子位置信息能够得到共享,提高算法的整体搜索性能和收敛效率。文末以大连国贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明小生境猴群算法的搜索效率较原猴群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于自适应猴群算法的传感器优化布置方法研究

针对猴群算法中爬过程和望过程的搜索方式较为机械,以及跳过程的方式较为单一的问题,提出了一种用于传感器优化布置的自适应猴群算法。采用双重编码的方式,克服了原猴群算法只能解决连续变量优化问题的缺陷;对爬过程和望过程进行了改进,使其能够自适应选择这两个搜索方式以提高算法的局部搜索能力和效率;提出了两种全新的跳过程,即反射跳和变异跳,来增强算法的全局搜索能力。文末以大连国贸大厦为例,进行了参数敏感性分析以及传感器优化布置方案的选择,结果表明自适应猴群算法的搜索效率较原猴群算法有了大幅提高,能较好地解决传感器优化布置问题。     

基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

基于数据融合的传感器优化布置方法

传感器优化布置是结构健康监测研究的重要内容,传感器数量和位置的选择直接关系到模态参数识别的效果及模型修正的结果等。为了达到布置在结构上的有限传感器能够测量并得到用于模态参数识别的最佳信息的目标,提出了基于数据融合的传感器优化布置方法。该方法以距离测度作为数据融合的融合度,首先通过对距离测度矩阵、支持度矩阵的计算,得到待选测点的综合支持度;其次,根据待选测点的综合支持度大小来确定传感器优化布置的位置;最后,以网架结构的传感器优化布置为例,运用峰值法进行自振频率识别,通过已选测点与未选测点识别效果的对比,验证了该方法的有效性。     

基于分级免疫萤火虫算法的桥梁振动传感器优化布置研究

针对结构健康监测系统设计的振动传感器优化布置问题,在基本萤火虫算法的基础上引入等级划分策略和免疫机制,提出了一种分级免疫萤火虫算法。采用二重结构编码,弥补了基本萤火虫算法只能用于连续优化问题的不足;建立等级划分制度,使不同等级种群内部形成独立的搜索空间,维持了种群多样性,并让优质个体得以保留;引进免疫机制,进行萤火虫的选择、记忆、交叉和变异,增强了算法的全局搜索能力和局部寻优能力;文末利用足尺Benchmark桥梁模型,对算法参数进行了敏感性分析,并开展了振动传感器优化布置方案的选择。结果表明,与基本离散型萤火虫算法相比,分级免疫萤火虫算法的计算效率和寻优结果均有显著提升,能够很好地解决振动传感器优化布置问题。     

环境振动试验传感器布置优化方法研究

为了快速获得最优的加速度传感器布置位置,依据电动振动台多点控制原理和夹具传递函数特性,建立了传感器布置优化计算模型。以一夹具为实例建立有限元模型,利用nastran软件求出传递函数,然后,根据所建优化模型获得传感器最优布置位置,最后,通过夹具振动试验测试夹具与试品连接部位处的响应。测试结果表明优化方法所得的响应加速度均方偏离度明显小于传统方法,证明了该优化方法是实用和可行的,并能为环境振动试验中的传感器布置和夹具设计提供实践与理论指导。     

基于能量系数-有效独立法的桥梁结构传感器优化布置

为了解决桥梁结构健康监测中的传感器优化布置问题,以简支钢桁架梁桥为研究对象,以反映节点自由度模态应变能的系数来修正反映最大线性无关的有效独立法,提出了基于能量系数-有效独立法的传感器优化布置算法,使传感器布置方案进一步优化。实例分析表明,采用该方法所得的传感器布置方案用多种准则进行评价的结果都较好,既能保证测量振型向量的正交性,又能保证扩阶振型的准确性,并且有较强的抗噪声性能,是一种适合桥梁结构的较为理想的传感器优化布置算法。     

基于混合遗传算法的桥梁监测传感器优化布置

利用混合遗传算法(Hybrid Genetic Algorithm,HGA)对南京长江大桥的监测传感器进行优化布置,得到了考虑不同的振型阶数和不同传感器数量的优化布置方案.优化结果表明,HGA高效、稳定,具有较强的全局搜索能力,在桥梁健康监测中有着广阔的应用前景.     

电流变夹层板控制系统的传感器优化布置

为了解决ER夹层板系统的模态控制的实用性问题,研究了悬臂板模态坐标估计和传感器定位问题。按照变刚度模态控制算法的要求,给出了离散坐标下模态坐标估计的方法;根据连续结构的振型分析,分析传感器定位计算,建立了数学优化模型;按照模态动能法初步筛选后,枚举得到传感器优化布置方案,并且从估计精度和控制效果两个角度进行了布置方案的算例验证。结果表明,优化的传感器布置能在较少的数目下,模态坐标估计满足模态控制算法的输入需求。     

一种聚类优化的传感器布置方法研究EI北大核心CSCD

复杂结构试验/理论振型的匹配是模态参数型修正过程的重要内容。以测量并获取用于模态参数识别的最佳信息为目标,实现布置在结构上有限数量的传感器能有效避免信息冗余,提出了一种聚类优化的传感器布置方法。根据结构模态中各自由度振型的动力相似性,应用k-means聚类算法对自由度进行自动集结并分类。采用有效独立法分别从各聚类自由度中搜索出模态分辨率最高的传感器位置作为实际的测量位置。最后通过一个悬臂梁、一个悬臂薄板的数值分析和一个旋转滤光轮组件的模态测试试验对该优化布置方法进行验证。分析结果表明,这种方法能有效选出独立敏感性测点,并且具有较高的搜索效率。     

基于模型缩聚的广州新电视塔传感器优化布置研究

以世界最高的电视塔——广州新电视塔为研究对象,进行了加速度传感器优化布置研究。为避免动力分析时大型稠密矩阵运算的问题,首先将三维有限元模型简化为等效串联多自由度体系;考虑到实际测点只能布置在结构的平动向不能布置在扭转向的问题,提出将平动向自由度看作主自由度,将扭转自由度看作副自由度,采用模型缩聚将副自由度缩聚掉的新思路,对比研究了Guyan 法、Kuhar 法、IRS 法以及IIRS 法的缩聚效果,得到了缩聚后的简化模型;分析了基于二重结构编码的广义遗传算法在电视塔传感器优化布置中的实施过程,进行了控制参数分析,最终给出了传感器的优化布置方案。     

基于有效独立-总位移法的水工结构振测传感器优化布置

为了更好地解决大型水工结构振测传感器优化布置问题,以拉西瓦拱坝为研究对象,针对有效独立法所选测点能量较小的不足,提出基于有效独立-总位移法的传感器优化布置方法。运用模态保证准则、最大奇异值比、Fisher信息矩阵值和总位移幅值等评价方法对有效独立法、有效独立-总位移法和距离系数-有效独立法三种方法进行评价。研究表明,有效独立-总位移法可以使所测得的模态之间正交性、可观性更好,提高剩余测点的应变能,是一种有效实用的传感器优化布置方法。     

基于自适应模拟退火遗传算法的传感器优化配置研究

针对传感器优化配置组合优化问题,提出了一种基于模态置信度准则MAC的优化算法——自适应模拟退火遗传算法。以模态置信度MAC矩阵的最大非对角元的值极小为目标函数,针对满足传感器数量不变的约束条件问题,提出了二重结构编码遗传算法,并将传统的模拟退火算法改良后,作为一个独立的算子置于遗传算法进化过程中;为了避免出现过早收敛的现象,引入了自适应交叉和变异概率。算例结果表明该混合算法对传感器数目与位置同时实现了优化,得到了满足不同精度要求的传感器优化配置方案。     

考虑敏感性和鲁棒性相协调的多维传感器优化布置方法

为了有效地布置多维传感器,将传感器优化布置方法中经典的三维有效独立法(EfI3)推广到了其他维数,分别给出了适用于高层建筑的EfI2和EfI5算法;针对以往算法不能考虑结构自身不适定性的问题,提出了一种能够综合考虑结构反应信息敏感性以及系统鲁棒性相协调的优化方法,该方法通过E测试矩阵使Fisher信息矩阵获得最大值,且能够保证在迭代过程中振型矩阵的条件数最小;以广州新电视塔为例,采用模态保证准则、Fisher信息矩阵行列式,以及振型矩阵条件数3种优化准则,对比分析了仅考虑水平振动,以及同时考虑水平振动和空间扭转的传感器优化布置效果,证明了方法的可行性和优越性。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

大跨空间钢结构模态参数测试传感器优化布置

为了有效选择监控模态振型阶数,并使振型向量间夹角和测点振动能量同时尽可能大,提出了基于模态能量和白适应遗传算法的多目标传感器优化布置方法.首先,根据结构模态应变能的大小挑选出环境激励下结构的主要贡献模态,即优化时所取的监控模态.然后,根据单位刚度的模态运动能以及模态置信度矩阵构造新的适应度函数,利用自适应遗传算法对布点...     

一种基于信息熵的分布参数结构传感器/激励器优化布置方法

针对用基于有限元方法的离散坐标体系研究传感器优化布置、所得仅为结构真实动力响应近似解直接影响传感器优化布置结果问题,提出基于贝叶斯统计系统识别方法与信息熵理论的分布参数结构传感器优化布置方法。以结构模型修正为目的,用贝叶斯统计系统识别方法识别结构模型参数最优值及不确定性程度,利用信息熵定量表征结构模型参数识别结果的不确定性程度;再将传感器优化布置问题转化为连续数值优化问题,以传感器位置为优化变量,通过遗传算法极小化模型参数识别结果的不确定性(即信息熵)识别传感器的最优布置位置;获得最大结构响应信息量,即识别结构模型参数的不确定性最小。通过双墩带弹性支撑的三跨连续梁桥数值仿真研究对该方法进行验证。     

面向结构健康监测的传感器数量及位置优化研究

在能够反映结构特性的重要位置布置合理数量的传感器不但可以有效地降低结构健康监测成本,还可以提高监测系统处理信息的效率.根据结构系统可观性,分别给出了观测一般结构和重频结构的前若干阶目标模态所需要最少传感器数量的估计方法.提出一种选用Frobenius范数求最大化Fisher信息矩阵的方法,阐述了求最大化Fisher信息矩阵等价于选取具有最大能量的节点模态向量子集的结论.在此基础上并结合传感器优化布置的多重标准,提出基于节点能量和模态保证准则的传感器优化布置方法.数值算例的结果验证了该方法的正确性和有效性.