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.     

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。     

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。     

桥式起重机结构状态监测的传感器优化布置方案

使用传感器准确、及时的获得起重机结构的健康状态信息,提早预知发展状况,是保证起重机安全运行的前提,对结构庞大的起重机实现特征信息的采集需要优化选择布置点。研究以服役中的桥式起重机实现结构状态监测的传感器的最佳布点为课题,采用有效独立法和MAC优化理论以及有限元软件等,提出了量化比较不同测点方案MAC值的方法,最终实现了给定测点数下的最优布置方案。     

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。     

LAMOST平衡系统的传感器优化布置

针对模态测试中的传感器优化布置问题,提出一种新的主元分析和组合MAC联合算法。首先,将多种传感器布置方法的结果形成原始特征数据矩阵,利用主元分析获得空间测点的主元和综合评价值,据此可以合理地大幅减少候选测点数目;其次,使用组合MAC法计算所有组合的MAC矩阵,取最大非对角元最小的一组作为最终选择;然后,以悬臂梁为例,分别用联合算法和4种传统算法对其进行传感器优化布置,通过3个评价准则的数值比较,证明联合算法的优越性;最后,将联合算法应用在望远镜LAMOST的平衡系统上,得到了两个方向上的传感器布置方案,进一步验证了联合算法的可行性。     

基于免疫算法的风力发电机齿轮箱传感器布置优化研究

在风力发电机齿轮箱故障诊断中信号采集是故障分析诊断的前提条件,同时也是必要条件,目前最为成熟的方法为振动信号分析方法,而由于齿轮箱内部结构不能破坏等原因导致振动传感器只能安装在齿轮箱外壁,齿轮箱外壁传感器位置布置的优劣会直接影响诊断精度;为此,采用免疫算法解决风机故障诊断中传感器测点布置的问题,构建齿轮箱振源坐标系,计算振动传输的最佳采集路径,确定最佳测点,实现了传感器测点的优化布置,为传感器布置提供了有效的方法。     

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%。     

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。     

拱结构模态测试中传感器优化配置

将有效独立法(EFI)和有效独立-驱动点残值法(EFI-DPR)应用到拱结构的模态分析传感器优化布置中,通过与传统的均分法(ED)进行数值和试验比较,找出传感器优化布置的有效方法和合理方案.首先利用Ansys有限元软件进行拱结构模态分析的数值模拟,分别用3种方法对其进行传感器优化布置;然后分别用均方差最小准则和模态保证准则对其优化结果进行验证和比较,找出最适合的优化方法;最后结合拱结构模态试验,提出了传感器优化布置方案.结果表明,在拱结构模态试验中,ED法具有一定的合理性,但其随机性较大.EFI法克服了这一缺点,且随着传感器数目的改变,其均方差呈规律性变化,为确定传感器优化数目提供了依据,其优化效果优于其他两种方法.     

一种基于QR分解的逐步累积法传感器配置

讨论了试验／分析振型匹配过程中的传感器配置问题,为了使振型相关系数－↑MAC可以满足振型匹配的要求,以－↑MAC的最大非对角远为目标函数,提出了一种逐步累积算法,方法由系统振型矩阵转置的正交分解（QR分解）获得传感器配置初始方案,然后逐步增加可以降低此初始配置－↑MAC非对角元的结构自由度,直到其达到指定的值。并通过目前在欧美国家航空界应用广泛的GARTEUR飞机模型的传感器配置验证了方法的有效性。     

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。     

主减速器在线检测系统传感器放置优化分析

基于有限元理论,运用ANSYS软件对一种主减速器在线检测系统中的实验平台进行模态分析,得到其振动特性,找出传感器放置的最佳理论位置,并将传感器放置于平台不同位置时所采集到的信号做对比,为检测系统传感器的放置提供理论依据。     

基于模态控制的结构/控制一体化优化设计

先分析了结构主动控制的模态控制。从结构与控制器一体化优化设计的角度出发 ,提出了以结构的质量和控制能量最小化为优化目标、以基频和结构的动响应为约束的联合优化设计模型。并对该优化设计模型进行了一定的简化处理 ,采用改进的拓扑组方法进行结构的集成拓扑优化设计。数值算例的结果表明 ,结构 /控制一体化优化设计是可行且有效的。     

梁桥上移动荷载识别中的测点优化

基于空间梁格模型.识别得到了梁桥上作用的移动荷载.依据MAC矩阵准则(模态置信准则),采用逐步积累法,对荷载识别中的测点进行了优化布置.数值仿真计算中,对一单箱三室连续箱梁桥上的车桥相互作用力进行了识别.结果表明,测点优化措施可提高识别的精度和效率,降低识别结果对车辆偏心距的敏感性.     

圆筒法兰连接结构下圆筒的模态试验研究

本文采用单输入多输出（SIMO）的模态试验方法对圆筒法兰连接结构的下圆筒进行了自由状态下的模态试验，用频率多参考（Polyffequence）的模态拟合方法分析试验数据，获得了结构的模态参数，对其动态特性有了初步了解，试验结果可为圆筒法兰连接结构动力学建模提供模型修正数据。     

基于模态分析的发动机装饰罩总成结构优化

针对发动机装饰罩总成在综合耐久试验中发生减振垫脱落、开裂,以及装饰罩脱落的现象,应用ABAQUS软件对发动机装饰罩总成进行模态分析。介绍了模态分析基本理论、分析过程及结果,根据分析结果,结合工程实际对发动机装饰罩总成进行结构优化。结构优化后,发动机装饰罩总成在试验中未再发生类似问题。