《基於狀態追蹤的結構性態自適應控制與評估研究》是依託同濟大學，由單伽鋥擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於狀態追蹤的結構性態自適應控制與評估研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：單伽鋥
- 依託單位：同濟大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
地震是導致工程結構破壞的災害性事件之一，易導致嚴重的人員傷亡和財產損失。如何對結構抗震性能進行監測和控制，科學地診斷和控制結構損傷的累積發展，是工程抗震的關鍵科學問題之一。振動控制和健康監測間新興的交叉研究為進一步提升結構抗震性能提供嶄新的思路，即發展同時具備性態控制和評估能力的智慧型系統。本項目引入狀態追蹤思想，考慮損傷非線性特徵，進行自適應控制與評估研究，以實時控制結構回響並在震後迅速評價結構損傷狀態。研究內容包括：構建非線性子結構狀態追蹤觀測器用於性態控制和評估，發展基於追蹤誤差觀測的自適應反推控制策略，建立基於狀態偏移和自適應反饋參數的性態評估模型。利用理論分析、數值仿真和振動台試驗，系統地研究自適應系統的性態控制和損傷評估效果。本項目的完成有助於發展具有自適應特性的結構控制系統，促進非線性結構的健康監測和振動控制，對發展自感知和自驅動的智慧型結構具有重要的理論意義和工程套用價值。
結題摘要
災害作用下的結構性能監測與性能控制是結構工程和防災減災領域的前沿問題。本項目通過模型參考思想將結構未知非線性行為作為參考模型未知干擾，構建了基於狀態追蹤誤差的線性模型識別方法、非線性狀態時域觀測器、非線性系統反饋控制方法和滯變結構評估模型，實現了基於數據驅動的震損結構非線性性態的識別、控制和診斷。 具體成果包括：（1）利用微分演化算法，建立了考慮模型最優和魯棒性的剛度、阻尼參數最佳化識別方法；（2）利用無跡卡爾曼濾波，實現了利用加速度數據進行非線性位移時程估計；（3）利用李雅普諾夫穩定理論，提出了可追蹤目標性能的自適應反演控制方法；（4）參考Park-Ang模型，提出同時考慮峰值和累積損傷效應的歸一化指標。通過理論推導、數值仿真、不同尺度試驗和在役結構，對上述研究成果進行了系統的研究和驗證。特別的，研究團隊首次獲得了大比例鋼筋混凝土結構的震損全過程數據（動力回響、圖像和視頻數據），不僅支持了本項目的研究工作，也為後續的研究工作積累了關鍵的多源數據。 本項目提出的結構狀態追蹤觀測器，提供了加速度數據估計結構非線性行為（峰值、殘餘變形、動力時程）的可能，有效彌補傳統加速度積分兩次對結構非線性位移的估計誤差和不確定性，將有助於開展利用結構位移回響反饋進行結構地震回響控制的相關研究，並為基於層間位移角評估震損結構性態研究提供理論與方法支持。 本項目提出的自適應反演控制方法，將結構抗震性能以參考信號的方式進行顯式表達，是對經典線性系統設計的反饋控制用於結構減震控制的有效改善和提升，相應研究成果可用於主動調諧質量阻尼器、隔震結構等控制技術的智慧型化和工程套用。 本項目提出的非線性損傷評估方法，實現了基於強震觀測數據對結構峰值和累積損傷效應的統一評價，並證明與本項目其他研究成果相結合，可用於實際震損結構並具有較好的工程套用前景。
