發(fā)布時(shí)間：2020-06-03 10:12

【摘要】：載荷識(shí)別屬于工程逆問(wèn)題,即在系統(tǒng)已知的情況下,根據(jù)系統(tǒng)響應(yīng)求系統(tǒng)激勵(lì)。載荷識(shí)別在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中具有重要地位,本文為了滿足結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的要求,首先提出了基于光纖光柵傳感器和卡爾曼濾波器的載荷識(shí)別算法。此算法以卡爾曼濾波器為基礎(chǔ),應(yīng)用光纖光柵傳感器測(cè)得的應(yīng)變信號(hào)作為觀測(cè)值,通過(guò)卡爾曼濾波器產(chǎn)生的增益矩陣、新息序列和協(xié)方差矩陣,利用最小二乘算法實(shí)時(shí)估計(jì)載荷大小。本文提出的載荷識(shí)別算法只需前一時(shí)刻的估計(jì)值和當(dāng)前時(shí)刻的觀測(cè)值即可估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的載荷,無(wú)需大量的存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù),因此提高了載荷識(shí)別效率、降低了對(duì)系統(tǒng)軟硬件的壓力,此算法基于卡爾曼濾波器框架,有利于在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的同時(shí)滿足應(yīng)用最優(yōu)化算法對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的要求。同時(shí)為了識(shí)別復(fù)雜結(jié)構(gòu)的載荷,提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)算法的動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別算法,此算法能避免系統(tǒng)建模,降低了問(wèn)題的復(fù)雜性。論文主要內(nèi)容如下:(1)提出了一種基于光纖光柵傳感器和卡爾曼濾波器的線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別算法,建立了光纖應(yīng)變值與梁結(jié)構(gòu)自由度之間的關(guān)系,算法以線性卡爾曼濾波器為基礎(chǔ),借助線性濾波器產(chǎn)生的增益矩陣、新息序列和協(xié)方差矩陣,利用光纖光柵傳感器測(cè)得的應(yīng)變信號(hào)和最小二乘算法實(shí)時(shí)估計(jì)載荷,仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。(2)提出了一種基于光纖光柵傳感器和非線性卡爾曼濾波器的非線性系統(tǒng)動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別算法,促進(jìn)了非線性系統(tǒng)領(lǐng)域載荷識(shí)別的發(fā)展。算法以非線性卡爾曼濾波器為基礎(chǔ),借助非線性卡爾曼濾波器產(chǎn)生的增益矩陣、新息序列、一步估計(jì)值和協(xié)方差矩陣,利用光纖光柵傳感器測(cè)得的應(yīng)變信號(hào)和最小二乘算法實(shí)時(shí)估計(jì)載荷大小,仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。(3)提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于深度學(xué)習(xí)算法的動(dòng)態(tài)載荷識(shí)別算法,算法借助于系統(tǒng)響應(yīng)值(應(yīng)變值)對(duì)估計(jì)時(shí)刻的系統(tǒng)載荷進(jìn)行反演。利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決了單點(diǎn)載荷識(shí)別問(wèn)題及利用深度學(xué)習(xí)解決了分布式載荷識(shí)別問(wèn)題,避免了復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模,仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的有效性。(4)提出了一種在載荷識(shí)別過(guò)程中對(duì)變形狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)的算法,利用基于分布式光纖光柵傳感器和卡爾曼濾波器的載荷識(shí)別算法過(guò)程中產(chǎn)生的狀態(tài)向量,對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行實(shí)時(shí)重構(gòu),有效的將載荷識(shí)別與變形監(jiān)測(cè)結(jié)合起來(lái),滿足了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)對(duì)變形監(jiān)測(cè)的需求。
【圖文】：

載荷識(shí)別和損傷監(jiān)測(cè)。載荷識(shí)別作為先進(jìn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要組成之一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核和損傷評(píng)估中扮演重要的角色。載荷識(shí)別廣泛應(yīng)用于估計(jì)飛機(jī)固定翼（圖 1.1）的表面載荷分布、直升機(jī)旋翼（圖 1.2）的載荷分布和導(dǎo)彈（圖 1.3）驅(qū)動(dòng)力等，在許多民用場(chǎng)合也有應(yīng)用，，常見(jiàn)的有風(fēng)機(jī)葉片（圖 1.4）的載荷分布、鐵軌交通（圖 1.5）載荷、車(chē)輛懸架（圖 1.6）載荷，其中車(chē)輛懸架載荷識(shí)別對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)的振動(dòng)性能評(píng)估和路面不平度檢測(cè)具有重要參考價(jià)值。

載荷識(shí)別和損傷監(jiān)測(cè)。載荷識(shí)別作為先進(jìn)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要組成之一，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度校核和損傷評(píng)估中扮演重要的角色。載荷識(shí)別廣泛應(yīng)用于估計(jì)飛機(jī)固定翼（圖 1.1）的表面載荷分布、直升機(jī)旋翼（圖 1.2）的載荷分布和導(dǎo)彈（圖 1.3）驅(qū)動(dòng)力等，在許多民用場(chǎng)合也有應(yīng)用，常見(jiàn)的有風(fēng)機(jī)葉片（圖 1.4）的載荷分布、鐵軌交通（圖 1.5）載荷、車(chē)輛懸架（圖 1.6）載荷，其中車(chē)輛懸架載荷識(shí)別對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)的振動(dòng)性能評(píng)估和路面不平度檢測(cè)具有重要參考價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP212;V214;V414

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2694677