基于子空間辨識方法的系統(tǒng)物理參數(shù)識別.pdf

1、近年來，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)越來越多的被安裝到橋梁、隧道、大跨空間結(jié)構(gòu)、超高層結(jié)構(gòu)、海洋平臺等大型土木工程結(jié)構(gòu)中，它能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)的運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)警，對提高結(jié)構(gòu)的運(yùn)營效率及保障人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全有著重要意義和價(jià)值。然而作為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)核心技術(shù)之一的系統(tǒng)參數(shù)識別卻未從根本上得到解決，嚴(yán)重制約了結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展。系統(tǒng)參數(shù)識別可分為物理參數(shù)識別和模態(tài)參數(shù)識別，系統(tǒng)物理參數(shù)是系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)的直觀表述，也是進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評價(jià)需要直接應(yīng)

2、用的參數(shù);系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)是物理參數(shù)的函數(shù)，能夠間接反映系統(tǒng)物理狀態(tài)的變化，從而可以定性和定量地判別系統(tǒng)狀態(tài)的改變，兩者都是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的重要內(nèi)容。
　　論文主要研究了子空間辨識方法的理論及其應(yīng)用，通過理論分析和數(shù)值算例驗(yàn)證了其識別系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)的有效性，并結(jié)合一種新穎的智能優(yōu)化算法——和聲搜索算法，進(jìn)而識別出系統(tǒng)的物理參數(shù)，由此可以定性和定量地判別系統(tǒng)狀態(tài)的改變，達(dá)到健康監(jiān)測的目的。主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)針對傳統(tǒng)模態(tài)參數(shù)

3、識別方法需要激振設(shè)備，對系統(tǒng)進(jìn)行激振以獲取系統(tǒng)的輸入與輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)，才能實(shí)現(xiàn)模態(tài)參數(shù)識別。本文介紹了基于環(huán)境激勵的隨機(jī)子空間辨識算法，采用數(shù)值算例驗(yàn)證了該方法在輸入未知的情況下，能僅根據(jù)系統(tǒng)的輸出響應(yīng)數(shù)據(jù)有效識別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)。
　　(2)對隨機(jī)子空間辨識算法的基本理論和推導(dǎo)進(jìn)行了深入研究，提出基于Householder變換的改進(jìn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的隨機(jī)子空間辨識算法。數(shù)值算例的計(jì)算結(jié)果表明，該改進(jìn)算法能在保證算法計(jì)算精度的前提下有效提高

4、計(jì)算速度。
　　(3)分析討論了系統(tǒng)的階次和Hankel矩陣維數(shù)對隨機(jī)子空間辨識算法的影響，在現(xiàn)有主要的系統(tǒng)定階方法的基礎(chǔ)上稍作改進(jìn)，提出了奇異值差值斜率法和奇異熵增量斜率歸一化法。另外，創(chuàng)新性的將基本和聲搜索算法與確定Hankel矩陣適當(dāng)?shù)木S數(shù)問題相結(jié)合。
　　(4)研究了隨機(jī)子空間辨識算法與和聲搜索算法相結(jié)合的系統(tǒng)物理參數(shù)識別方法，把系統(tǒng)的物理參數(shù)識別當(dāng)作優(yōu)化問題來考慮，定義了由隨機(jī)子空間辨識算法識別出的系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)構(gòu)建