傳感器布置優(yōu)化準(zhǔn)則及模型修正方法研究.pdf

1、由于受到經(jīng)濟(jì)因素、信息處理速度等方面的制約，結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中可布置的傳感器數(shù)量有限，傳感器優(yōu)化布置利用盡可能少的傳感器獲取盡量多的結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息。模型修正利用這些信息對(duì)初始有限元模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，為結(jié)構(gòu)健康狀況評(píng)定提供符合實(shí)際的有限元模型，從而準(zhǔn)確評(píng)估結(jié)構(gòu)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)。本文對(duì)于目前應(yīng)用較為廣泛的Fisher信息準(zhǔn)則以及基于Fisher信息準(zhǔn)則的有效獨(dú)立法和頻率響應(yīng)有效獨(dú)立法，通過(guò)數(shù)值模型研究其選擇測(cè)點(diǎn)的規(guī)律。驗(yàn)證頻率響應(yīng)有效獨(dú)立法相對(duì)于有

2、效獨(dú)立法的優(yōu)越性，并將其應(yīng)用于基于頻響函數(shù)的模型修正中傳感器測(cè)點(diǎn)的選擇。研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　(1)以損傷參數(shù)識(shí)別為目標(biāo)，基于傳統(tǒng)Fisher信息準(zhǔn)則的傳感器優(yōu)化布置會(huì)出現(xiàn)測(cè)點(diǎn)局部聚集現(xiàn)象，導(dǎo)致信息冗余。針對(duì)此問題，首先以反映信息獨(dú)立程度的距離系數(shù)對(duì)候選自由度的Fisher信息矩陣進(jìn)行加權(quán)修正;然后以修正后的有效信息矩陣行列式最大化為目標(biāo)，采用逐步累加的方法傳感器測(cè)點(diǎn)。采用該方法對(duì)一個(gè)16自由度剪切型彈簧質(zhì)量模型進(jìn)行傳感器優(yōu)化

3、布置。結(jié)果表明，該方法能有效避免測(cè)點(diǎn)聚集現(xiàn)象，解決信息冗余問題。
　　(2)有效獨(dú)立法基于Fisher信息準(zhǔn)則來(lái)解決模態(tài)測(cè)試的傳感器優(yōu)化布置問題，頻率響應(yīng)有效獨(dú)立法是有效獨(dú)立法在頻域內(nèi)的擴(kuò)展。通過(guò)一個(gè)懸臂梁模型研究有效獨(dú)立法及頻率響應(yīng)有效獨(dú)立法選擇測(cè)點(diǎn)的規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果表明有效獨(dú)立法最大化Fisher信息矩陣的行列式，但是并沒有優(yōu)化目標(biāo)模態(tài)的線性獨(dú)立性;頻率響應(yīng)有效獨(dú)立法在選擇測(cè)點(diǎn)位置時(shí)，能夠自動(dòng)忽略目標(biāo)頻率范圍內(nèi)未被激發(fā)的模態(tài)，適

4、用于模態(tài)分布密集的情況，且不需要選擇目標(biāo)模態(tài)，相對(duì)于有效獨(dú)立法具有優(yōu)越性。
　　(3)利用結(jié)構(gòu)頻響函數(shù)代替模態(tài)參數(shù)進(jìn)行模型修正具有諸多優(yōu)勢(shì)，然而該方法得到的模型修正結(jié)果受到測(cè)點(diǎn)位置、頻率范圍選擇、靈敏度方程的準(zhǔn)確性等多種因素的影響。為了得到可靠的模型修正結(jié)果，首先，采用頻響函數(shù)攝動(dòng)分析的方法來(lái)建立頻響函數(shù)靈敏度方程，并綜合考慮結(jié)構(gòu)響應(yīng)對(duì)參數(shù)變化的靈敏度以及阻尼對(duì)振幅的影響等因素，合理選擇頻率范圍;然后，基于頻響函數(shù)進(jìn)行傳感器優(yōu)化布