【摘要】：張弦梁結構是一類剛柔雜交結構,具有外形優(yōu)美、受力方式明確,能夠最大化利用剛柔材料的特點,且加工施工方便,應用前景廣闊。本文在張弦梁結構中引入主動控制過程,使之成為能夠根據外界環(huán)境變化主動調整自身形態(tài)的主動張弦梁結構。為實現(xiàn)這一目的,本文從尋優(yōu)算法改進、結構單、多目標優(yōu)化控制以及結構最優(yōu)控制量預測幾個方面進行了深入研究與探討。本文首先采用大空間隨機搜索的遺傳算法來求解主動張弦梁結構的優(yōu)化問題。針對傳統(tǒng)遺傳算法局部收斂能力差的缺點,提出了一種改進的遺傳算法——梯度遺傳算法,即通過在遺傳算法中引入一個梯度下降算子,提高遺傳算法的局部搜索能力、收斂速度以及搜索精度,實現(xiàn)全局尋優(yōu)。其次,結合作動器的剛度方程,推導了考慮作動單元耦合的張弦梁結構有限元公式,并基于靈敏度分析法,建立了線性范圍內的結構內力及位移控制優(yōu)化模型。利用ANSYS有限元軟件進行結構的幾何非線性分析,編寫MATLAB和ANSYS聯(lián)合優(yōu)化的計算程序,利用梯度遺傳算法進行求解,實現(xiàn)結構的單目標非線性控制。然后,根據決策者對不同目標的控制要求,研究了主動張弦梁結構綜合考慮結構內力與位移等指標的多目標優(yōu)化問題,建立了基于目標優(yōu)先級的張弦梁結構多目標模糊優(yōu)化模型,并利用基于目標滿意度序的兩步式模糊優(yōu)化算法來求解此模型,實現(xiàn)對結構的多目標控制。最后,根據求得不同荷載工況下的最優(yōu)控制量,選取能夠反映結構所受荷載情況的受力狀態(tài)信息,建立受力狀態(tài)信息與最優(yōu)控制量的對應關系,以此作為訓練樣本,形成指定優(yōu)化目標下用于結構閉環(huán)控制的神經網絡。在外界環(huán)境改變時,通過該網絡來預測新的受力狀態(tài)信息所對應的最優(yōu)控制量。主要研究了訓練樣本的產生機制,并分析了樣本數(shù)量、樣本種類等因素對神經網絡預測性能的影響;采用粒子群算法優(yōu)化BP神經網絡,使得改進的神經網絡能夠跳出局部最優(yōu)解;針對反應結構受力狀態(tài)信息的數(shù)據缺失問題,利用k近鄰算法進行數(shù)據補充再預測,解決主動張弦梁結構對于缺失采集數(shù)據時的控制問題。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU399
【圖文】：

１．２．１．１結構主動控制的概念逡逑結構主動控制起源于古埃及，公元前３００年，Ａｌｅｘａｎｄｒｉａ利用用蒸汽驅動的裝置來打逡逑開石門。隨后例如吊橋（圖１．１）等單自由度的主動控制結構也得以應用。隨著機械化的逡逑進步，工業(yè)革命后，活動的體育場等多自由度主動控制結構應運而生，在控制規(guī)模和控制逡逑精度上都有較大的難度。逡逑圖１．１重建后的吊橋逡逑Ｙａｏ［３］首先將結構主動控制引入土木工程中，并將其應用于高層建筑中，增強高層建筑逡逑抵抗風暴的能力。結構主動控制可定義為：將傳感器和作動器引入結構，使其可根據外界逡逑條件變化來改變結構的響應［４］。逡逑傳感系統(tǒng)和作動系統(tǒng)的發(fā)展是結構能進行主動控制的前提，隨著科技的進步，智能材逡逑料的研究以及傳感作動系統(tǒng)的發(fā)展使得結構主動控制得以實現(xiàn)。逡逑傳感器是傳感系統(tǒng)的主要構件，負責采集外界的環(huán)境信息以及結構的響應。目前，在逡逑土木工程領域，越來越多功能各異的傳感器被應用于工程實際。梅宇佳借助溫度傳感器，逡逑分析了國家體育場結構在不同情況下的溫度場分布，研究了結構在溫度荷載作用下的受力逡逑性能；孫斌［６］研發(fā)了邋一套無線風速風壓傳感系統(tǒng)

Ｃｈｏｉ邋等對電流變流體進行初步研究，結果表明利用電流變流體驅動器可獲得動逡逑態(tài)可協(xié)調的智能復合材料。潘繼［１｜］將Ｌ型懸臂桁架的部分構件替換為壓電材料作動器，研逡逑究結構的振動控制問題（圖１．２）。逡逑ｉｋｉｉ邐媂逡逑（ａ）實驗模型邐（ａ）三棱柱張拉整體實驗模型逡逑邐？逡逑（ｂ）壓電作動器邐（ｂ）邋Ｌｉｍ－ｔｅｃ作動器逡逑圖丨．２懸臂桁架模型控制實驗邐圖１．３三棱柱張拉整體模型實驗逡逑機械作動器是通過機械傳動裝置來實現(xiàn)作動器的伸長縮短。ＡｖｎｅｒｌＭ用機械伸縮桿代逡逑替結構中的壓桿，對三層張拉整體結構進行調控。李莎［１３］對Ｇｅｉｇｅｒ索穹頂結構進行模型逡逑試驗，將結構中所有單元均設計為可調長度的單元，研究結構在外荷載作用下形狀恢復情逡逑況。孫鳳先［１４］設計了一個含主動構件的三棱柱張拉整體結構模型（圖１．３），研究了荷載逡逑作用下結構的位移及強度控制優(yōu)化問題，研究發(fā)現(xiàn)，通過調節(jié)主動構件可以實現(xiàn)對結構的逡逑３逡逑

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本文編號：2727989