基于推广卡尔曼滤波算法的结构模型的参数识别

近年来,在结构工程领域中出现了许多参数识别技术,并将这些技术用于结构损伤程度的评价。但是目前多数结构识别方法都是模态参数识别。本文是基于推广卡尔曼滤波的算法,从结构模型的输入激励信号和输出的响应信号中,直接识别结构模型的物理参数。同时针对结构系统的特点,提出解耦的结构参数识别算法,大大降低了参数估计的计算量。在文中给出两个结构模型的几次振动台在地震波输入下识别的结果,并根据所识别的参数对结构模型破坏程度进行评阶,结果表明该方法对结构参数估计是一种有效的方法。     

结构振动台模型模态参数识别新方法研究

提出了一种结构振动台模型模态参数识别方法,利用结构模型试验过程中地震反应记录,识别结构模型模态参数。首先判断结构模型在地震动激励下发生的是非时变反应还是时变反应,当结构模型发生非时变反应时,采用整个反应记录数据识别模型参数;当结构模型发生时变反应时,则识别模型进入和退出时变反应的时刻点,将整个记录时程分为3段,采用模型退出时变反应后第三段数据识别参数。该方法可以识别试验中每一次地震动输入之后的结构模态参数,得到整个试验过程中结构模型动力特性变化情况。利用所提方法识别了一座12层钢筋混凝土框架结构模型模态参数,并将识别结果和白噪声输入下模态分析结果进行了对比,验证了方法的实用性、可靠性和准确性。结果发现:结构模型自振频率在整个试验过程中呈阶梯状下降,模型发生破坏后,频率降低,阻尼比增加,传递函数幅值随着输入地震动峰值增加而降低。     

地震模拟振动台多向扩展系统

为利用单振动台实现大跨度空间结构多维多点激励的振动台试验研究,提出地震模拟振动台改向扩展系统概念。结合曲杆机构改变地震波传递方向的特性,对地震模拟振动台扩展系统进行结构动力分析。根据多点激励理论,考虑上部结构惯性力对子台的作用,推导出子台等效质量的计算公式。在谐波荷载作用下,给出多向扩展系统动力响应的解析式。研究表明,多向扩展系统能有效改变地震波的峰值加速度、相位和传递方向,是一种利用单振动台实现大跨结构多维多点激励试验研究的有效方法。算例结果验证了本文理论的正确性,为振动台多向扩展系统的研制提供理论依据。     

地震动反演及结构参数识别的EKF算法

讨论了信息不完备的情况下剪切型结构的参数识别问题,利用不完备的测量信息,在系统载荷未知的条件下,采用最小二乘方法反演得到地震动响应时程,用扩展卡尔曼滤波(EKF)算法识别结构的动态物理参数,解决了扩展卡尔曼滤波算法需要输入的问题,取得了满意的参数识别结果。系统仿真算例表明,在引入20%的白噪声条件下,识别结果仍具有较高的计算精度,说明EKF算法用于剪切型结构参数识别时有较强的鲁棒性。     

基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的结构动态物理参数识别

本文应用扩展卡尔曼滤波估计结构的动态物理参数，采用等效线性化原理识别结构的刚度系数和阻尼系数。并用识别的结果作为结构的参数对结构进行动力反应分析，计算结果与试验结果符合较好，表明EKF法是一种较好的识别结构动态参数的方法。     

地震模拟振动台扩展系统理论分析及试验研究

为利用单振动台进行空间大跨度结构动力试验,提出地震模拟振动台扩展系统概念。根据达朗贝尔原理对系统子台进行动力平衡分析,建立振动台扩展系统理论分析模型,通过考虑振动过程中上部结构对子台的动力影响,合理确定动力方程关键参数,改变系统参量可实现结构多点激励研究。设计并制作振动台扩展系统,试验结果表明,系统子台反应有明显时滞、增幅效应。试验及算例表明,本文理论正确,方法可行,对地震模拟振动台试验系统的发展有实际意义。     

基于扩展卡尔曼滤波的结构参数和荷载识别研究

经典的扩展卡尔曼滤波（Extend Kalman Filter,EKF）方法可有效识别结构参数,但却需要已知外部激励,然而,在工程实际中,有些外激励往往难以实时获取。为此,该文提出了一种基于EKF的未知激励下的结构参数和荷载识别方法。通过在观测方程中引入投影矩阵,实现了结构参数的识别,同时,利用最小二乘估计实时识别了未知的外激励。为了验证该方法的有效性和鲁棒性,文中采用了三个数值算例：四层的Benchmark模型、分段线性系统和非线性Duffing系统。数值分析的结果表明,该方法不仅能够准确识别线性和非线性结构的参数,还能有效识别作用于这些结构的外激励。     

地震模拟振动台三参量控制参数整定技术的研究

对地震模拟振动台三参量控制及其参数整定技术进行了研究,提出了一种快速三参量控制参数整定方法。通过对三参量控制算法的研究,确定三参量控制器中三参量反馈及前馈环节中各个参数的数学表达式,从而完成三参量控制器中控制参数的整定,极大地提高了地震模拟振动台三参量控制参数整定的效率。最后,通过仿真和现场试验的方法,将传统三参量控制参数整定方法与快速三参量控制参数整定方法进行对比试验,进一步证明了快速三参量控制参数整定方法的可行性和高效性。     

基于中心差分扩展卡尔曼滤波算法的三相感应电机转速和转矩的估计

针对三相感应电机在转速和转矩测试过程中,存在采集数据易受外界干扰而导致转速和转矩等估计值出现较大偏差的问题,提出采用中心差心扩展卡尔曼滤波算法实现对三相感应电机转速和转矩的估计.首先,以三相感应电机的定子和转子电流作为状态变量,推导出了三相感应电机在α-β坐标系下的状态方程和输出方程.然后,采用中心差分扩展卡尔曼滤波算法实现对三相感应电机转速和转矩的解算.仿真结果表明,与扩展卡尔曼滤波算法相比,中心差分扩展卡尔曼滤波算法对电机运行状态的变化具有更好的跟随性能及更快的收敛速度,能够准确的估计三相感应电机的转速和转矩.     

独立式石箍窑洞地震模拟振动台试验及数值模拟

以山西省静乐县的某独立式石箍窑洞为原型,制作1/4缩尺的三跨试验模型,对其进行了地震模拟振动台试验,分析了地震作用下窑洞模型的破坏过程及破坏形态。在试验研究基础上,采用ABAQUS软件建立独立式石箍窑洞的有限元模型,将模拟得到的动力特性、动力响应和地震损伤结果与试验结果进行了对比分析,验证了有限元模型的合理性,进而基于对原型结构的有限元模拟,分析了覆土厚度、拱跨数和拱矢跨比对窑洞模型受力性能的影响。结果表明：独立式石箍窑洞在地震作用下主要发生砂浆灰缝开裂破坏,开裂最严重的部位为洞口拱顶和侧墙与背墙的连接处;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,能够较好地反映地震作用下窑洞模型的受力性能;窑洞模型的纵墙刚度大于横墙,加速度和位移响应随输入峰值加速度的增大不断增大;随着覆土厚度变薄和拱矢跨比减小,窑洞模型的抗震性能增强,但拱跨数对窑洞模型的抗震性能影响较小。     

地震模拟振动台三参量控制技术研究

对地震模拟振动台三参量控制算法进行了深入的研究,详细研究了三参量反馈及前馈环节对振动台系统特性的校正作用,并通过仿真和试验的方法进一步验证三参量控制算法对地震模拟振动台系统频响特性的改善效果：通过引入三参量速度反馈可以有效扩展系统的频宽,引入三参量加速度反馈可以有效提高系统的阻尼,三参量前馈控制能够对消系统闭环传递函数中距离虚轴较近的极点,实现系统频宽的进一步扩展。最后,通过对三参量伺服控制的地震模拟振动台进行地震波形再现试验,证明三参量控制算法能够实现较高精度的地震波形再现试验。     

基于贝叶斯理论嵌套抽样的结构物理参数识别研究EI北大核心CSCD

基于贝叶斯估计的结构物理参数识别中,传统马尔可夫蒙特卡洛抽样(MCMC)在解决高维密度函数问题时往往存在抽样效率低、不收敛等问题。采用嵌套抽样方法代替传统的马尔可夫蒙特卡洛抽样,解决了结构物理参数识别中高维后验联合概率密度函数问题。首先从结构加速度时程响应时程出发,建立了后验联合概率密度函数,然后重新定义了结构参数先验分布与似然函数,实现了基于嵌套抽样的结构物理参数识别。采用该方法分别对10层剪切结构数值模型与3层RC框架结构振动台试验模型进行识别,得到了结构刚度及阻尼比等参数,并与试验现象进行了对比。结果表明,该方法可以解决贝叶斯公式高维后验联合概率密度函数问题,且能高效识别结构物理参数,同时也验证了该方法在真实结构物理参数识别与结构损伤识别中的适用性与可靠性。     

地震模拟振动台三参量控制算法超调修正

本文针对地震模拟振动台三参量控制算法中存在超调量过大的问题,提出了离线时域修正算法：通过时域内微分方程求解得出超调量存在的原因,进而从直接消除暂态分量出发,以三角函数、傅里叶变换为工具,提出了任意输入下超调量的修正方法,仿真结果表明该方法大大降低了超调量,减小了在线计算量。同时,通过三参量在地震模拟振动台控制系统中的应用仿真得出：修正后的三参量在降低超调的同时未产生任何不利影响,能很好的应用于地震模拟振动台系统控制。     

基于UKF的简化交互多模型视频图像机动目标跟踪算法

在视频图像运动目标的状态估计与跟踪问题中,常用的扩展卡尔曼(EKF)算法简单、计算量小,但仅适用于弱非线性和弱高斯环境下.本文提出一种基于无迹卡尔曼滤波(UKF)与简化交互多模型(IMM算法相结合的视频图像运动目标跟踪算法,有效地克服了EKF算法在强非线性状态下或对小运动目标跟踪时精度低,容易发散的问题.仿真结果表明,该算法估计和跟踪非线性目标的性能明显优于基于EKF算法,其跟踪精度可达到三阶(泰勒级数展开)精度.     

不同地震分量对岸桥动力响应影响的振动台试验研究

在岸桥的地震研究中，地震激励可以分为空间坐标系中三个相互垂直的分量。结合地震灾害与岸桥结构的自身特性分析，并通过有限元仿真计算确定沿大梁方向水平地震分量（X向）对岸桥结构地震响应的影响最大。以此为基础提出地震输入简化方式，即在后续的仿真计算与模型试验中只用输入X向地震激励，最后进行了相似模型振动台地震模拟试验验证，试验结果表明，在岸桥地震研究中采用文章所提的地震输入简化模型是可行的。     

基于改进扩展卡尔曼滤波的PMSM在线参数辨识

为解决永磁同步电机多参数辨识过程中辨识精度较小、收敛速度慢的问题,设计一种基于扩展卡尔曼滤波的在线参数辨识方法。首先,结合永磁同步电机数学模型,采用Popov超稳定理论设置自适应律,经过模型参考自适应算法辨识出电机实时转动惯量;其次,将转动惯量送入扩展卡尔曼滤波模块,最终实现电机电感和磁链的在线辨识,引入的转动惯量能够实时更新修正电感与磁链的辨识结果。Matlab仿真表明：所提出的方法收敛速度快、误差较小且稳定性好,在负载变化时能够实时修正辨识结果。所设计系统辨识误差小于1%,验证其可行性。     

地震模拟振动台试验模型相似设计中的材料弹性模量取值问题研究

为了提高结构地震模拟振动台试验的精度,采用实常用模型材料的力学性能试验与规范计算理论分析相结合的方式,对混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟振动台试验模型相似关系设计中的材料弹性模量取值方法进行了系统研究,推荐了混凝土结构、砌体结构及钢结构地震模拟相似关系设计中材料弹性模量的合理取值方法。试验与分析结果表明：模型材料弹性模量的试验值与原型材料弹性模量的规范值可能会存在较大差异,造成模型相似关系中的模型与原型弹性模量比过小,使振动台试验结果失真。因此,当混凝土结构振动台试验模型采用微粒混凝土或砂浆材料浇筑时,模型材料与原型混凝土材料的弹性模型应统一采用规范提供的拟合公式根据材料立方体抗压强度计算得到;当砌体结构振动台试验模型采用小型混凝土砌块制作时,模型材料弹性模量应采用规范拟合公式由材料试验确定的砌体抗压强度设计值计算得到;钢结构地震模拟相似关系中的弹性模量比可采用1.0。以上结论可为不同结构地震模拟振动台试验的模型相似关系设计提供理论依据。     

液化侧向扩展场地-群桩基础-结构体系地震破坏反应大型振动台试验方案设计EI北大核心CSCD

为系统研究液化侧向扩展场地钢筋混凝土群桩基础-上部桥梁结构的地震破坏机理,依托中国建筑科学研究院抗震实验室地震模拟振动台系统,开展了液化侧向扩展场地-桩基础-结构体系大型振动台系列试验。根据试验的研究目标,首先对系列试验的总体设计进行介绍,详细阐述了场地的制备与结构的设计和制作、各类传感器的布设及新型传感器的应用、地震动选取与工况安排等内容。利用试验数据对层状剪切箱的边界效应做简要分析,对阵列式位移计(SAA)直接测试液化土体侧向位移的结果进行评估。结果表明:模型箱边界效应不显著,SAA可有效测量可液化土体的侧向位移,为系列试验的对比分析奠定了基础。试验最终实现了液化诱导侧向大变形与桩基塑性破坏的宏观效果,达到预期目标,说明该次系列试验方法及其方案是合理的。该文试验技术与方案为今后同行开展类似试验提供一套系统、完备的方法。     

未知地震激励下结构恢复力及质量非参数化识别

地震作用过程中结构恢复力是描述结构损伤发生发展过程定量描述的基础,更有助于描述结构在地震中破坏模式的演化。该文研究地震激励下结构部分质量及动力响应信息未知时,结构非线性恢复力、质量以及未知加速度时程的非参数化识别方法。首先,根据部分已知动力响应测量和质量信息,识别地震加速度时程。随后,利用记忆衰退全局加权迭代扩展卡尔曼滤波算法,引入幂级数多项式表征结构恢复力,实现了结构质量与非线性恢复力的非参数化识别。将具有非线性恢复力的磁流变阻尼器中引入到一个剪切型多自由度结构构成非线性系统,考虑测量噪声的影响,通过数值模拟验证了在噪声及较大质量初始误差情况下该方法识别结构质量、非线性恢复力及地震动加速度时程的识别效果。