【摘 要】
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动载荷识别,即是指在结构动特性与响应都已知的情况下,反求载荷。而在工程应用中,某些结构的参数(质量系数,刚度系数)可能会缓慢变化,即结构的动特性未知,因此传统的动载荷识别方法并不能识别出该工程结构上的动载荷。为了识别出作用在参数缓变结构上的动载荷,本文提出了基于扩展卡尔曼滤波的动载荷识别算法,能同时识别出结构上的未知参数变化过程以及动载荷。本文首先介绍了扩展卡尔曼滤波算法,在已知激励的情况下,通过
【基金项目】
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国家自然科学基金51775270;
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动载荷识别,即是指在结构动特性与响应都已知的情况下,反求载荷。而在工程应用中,某些结构的参数(质量系数,刚度系数)可能会缓慢变化,即结构的动特性未知,因此传统的动载荷识别方法并不能识别出该工程结构上的动载荷。为了识别出作用在参数缓变结构上的动载荷,本文提出了基于扩展卡尔曼滤波的动载荷识别算法,能同时识别出结构上的未知参数变化过程以及动载荷。本文首先介绍了扩展卡尔曼滤波算法,在已知激励的情况下,通过递归求解扩展状态向量来追踪结构参数的变化。阐明了滤波算法中各个参数(模型噪声协方差,测量噪声协方差等)的含义,并讨论了初始值和各个参数的设置,对算法追踪参数变化的效果的影响。然后推导出基于扩展卡尔曼滤波的动载荷在线识别算法。本文提出的动载荷识别算法通过对扩展状态向量与动载荷的递归求解,既能追踪到结构的参数变化,同时又能识别出载荷。根据未知参数的类型,分别讨论了未知参数为刚度系数(或阻尼系数)与未知参数为质量系数时的算法流程。针对梁式结构,本文提出了使用模型缩聚理论消去转角自由度,再将简化后的方程代入到基于扩展卡尔曼滤波的动载荷识别算法中,从而识别出参数变化以及动载荷。最后,根据提出的载荷识别算法,设计动载荷在线识别系统,并介绍了该系统的总体设计,以及各个模块的设计。在此基础上,开展缓变结构的动载荷在线识别试验。试验结果证明了本文所设计的系统的有效性,能同时识别出梁单元的质量系数变化情况与未知动载荷。
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