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，結構健康監(jiān)測系統(tǒng)越來越多的被安裝到橋梁、隧道、大跨空間結構、超高層結構、海洋平臺等大型土木工程結構中，它能夠實現(xiàn)對結構的運營狀態(tài)進行監(jiān)測和預警，對提高結構的運營效率及保障人民的生命和財產安全有著重要意義和價值。然而作為結構健康監(jiān)測系統(tǒng)核心技術之一的系統(tǒng)參數(shù)識別卻未從根本上得到解決，嚴重制約了結構健康監(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)當前狀態(tài)的直觀表述，也是進行系統(tǒng)可靠性評價需要直接應

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，兩者都是結構健康監(jiān)測的重要內容。
　　論文主要研究了子空間辨識方法的理論及其應用，通過理論分析和數(shù)值算例驗證了其識別系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)的有效性，并結合一種新穎的智能優(yōu)化算法——和聲搜索算法，進而識別出系統(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，達到健康監(jiān)測的目的。主要工作內容如下:
　　(1)針對傳統(tǒng)模態(tài)參數(shù)

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

4、計算速度。
　　(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)定階方法的基礎上稍作改進，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?shù)木S數(shù)問題相結合。
　　(4)研究了隨機子空間辨識算法與和聲搜索算法相結合的系統(tǒng)物理參數(shù)識別方法，把系統(tǒng)的物理參數(shù)識別當作優(yōu)化問題來考慮，定義了由隨機子空間辨識算法識別出的系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)構建