基于擴(kuò)展卡爾曼濾波的結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別方法.pdf

1、在土木結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測中,對在服役結(jié)構(gòu)進(jìn)行損傷評(píng)估是一項(xiàng)非常重要的工作。目前,基于結(jié)構(gòu)振動(dòng)信號(hào)測量的系統(tǒng)辨識(shí)和損傷識(shí)別技術(shù)已成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)問題。近年來一種基于擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)方法在結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)識(shí)別和損傷診斷的研究中受到了廣泛的關(guān)注。擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)是一種以最小均方誤差為估計(jì)的最佳準(zhǔn)則,可用于對非線性系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別的實(shí)時(shí)遞推算法。其基本思想是:采用信號(hào)與噪聲的狀態(tài)空間模型,利用前一時(shí)刻的估計(jì)值和現(xiàn)在時(shí)刻的觀測值來更

2、新對狀態(tài)變量的估計(jì),求出現(xiàn)在時(shí)刻的最優(yōu)估計(jì)值。該方法可以有效地識(shí)別結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化位置和程度,從而能夠在線識(shí)別出結(jié)構(gòu)的損傷。
　　本文以擴(kuò)展卡爾曼濾波理論為基礎(chǔ),對其在結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。本文推導(dǎo)出單自由度系統(tǒng)和多自由度系統(tǒng)在自由振動(dòng)下無阻尼和小阻尼情況下利用擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)進(jìn)行損傷識(shí)別的理論公式,并將其應(yīng)用于彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)損傷識(shí)別當(dāng)中。通過彈簧質(zhì)點(diǎn)模型的數(shù)值仿真結(jié)果證明了擴(kuò)展卡爾曼濾波方法(EKF)在結(jié)構(gòu)損傷識(shí)

3、別中的適用性和有效性。
　　針對擴(kuò)展卡爾曼濾波算法(EKF)在對復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別中,由于待識(shí)別參數(shù)的增多導(dǎo)致其識(shí)別精度下降等問題,本文做了進(jìn)一步的研究和改進(jìn):1,通過模態(tài)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換應(yīng)用于擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF),以模態(tài)坐標(biāo)初始值代替?zhèn)鹘y(tǒng)主自由度響應(yīng)初始值構(gòu)建擴(kuò)展卡爾曼濾波(EKF)狀態(tài)向量,利用模態(tài)截?cái)鄟砜s減自由度數(shù),從而達(dá)到降階的效果,可以簡化遞推公式,避免狀態(tài)方程線性化帶來的誤差,以保證算法的穩(wěn)定性;2,由于結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別問題本質(zhì)