结构工程自适应控制的参数分析新方法研究及其在大跨度斜拉桥施工中的应用

【摘要】：近几十年来,随着系统概念的逐渐普及,旨在研究系统建模、分析和综合的控制理论相应在工程技术的多个学科领域得到了越来越广泛的应用。不同于经典控制理论,现代意义上控制理论的分析对象已由单输人单输出系统扩展到多输入多输出的系统结构,相应的控制方法也由简单的开环控制向闭环反馈控制以及更高层次的自适应控制发展。作为当前控制理论的研究热点,自适应控制包括模型参考自适应控制和自校正控制两个分支。前者于20 世纪60 年代建立,采用自适应机构来克服由系统模型非确定参数引起的系统输出的非确定性,相当于高级的闭环反馈控制,是自适应控制思想的初级发展形式,在结构工程领域的抗震抗风与振动控制中已有较多应用。后者于70 年代提出,通过在线系统辨识,估计系统模型参数,进而修改控制参数,以使系统适应环境的变化,这一涉及系统本质的控制思路是自适应控制的高级发展形式,在结构工程领域仍鲜见专门研究。 作为自适应控制思想的理论补充和应用研究,本文首次采用自校正机制的自适应控制思想对结构工程问题进行研究,得到了非确定性参数分析的具一般意义的若干新方法,并将其应用于复杂工程问题——大跨度斜拉桥结构的施工过程控制,获得了理想的效果。不同于一般的自适应控制研究仅着眼于系统参数的辨识工作,本文力求从系统建模的一开始即对系统参数重要性进行分析评价,从而建立起有限完备观测和有限完全控制系统,进而进行系统主要参数的辨识研究。研究过程中,通过应用人工智能手段和随机结构概念,得到了具一般性的结构参数重要性(灵敏度和非确定性)分析方法以及时变随机结构的参数连续识别方法。本文旨在针对复杂结构工程的控制问题,建立一套具一般意义的、自包含的非确定性参数分析理论,以实现自校正机制的自适应控制思想。 全论文共6 章。其中第2 章(结构系统参数灵敏度分析新方法研究)、第3章(结构系统参数非确定性分析新方法研究)和第4 章(时变随机结构系统的参数连续识别新方法研究)内容统编为非确定性参数分析的理论研究篇;第5 章(崖门大桥工程概况和大跨度斜拉桥的确定性多阶段施工仿真分析研究)和第6 章(崖门大桥的自适应施工控制实践)内容统编为工程应用篇。 本论文的理论创新和主要工作如下: 1. 首次系统地将自校正机制的自适应控制思想应用于结构工程领域,通过结构参数重要性分析和时变随机结构的参数连续识别研究,建立起了一套具一般意义、自包含的非确定性参数分析方法。 2. 在结构系统的参数灵敏度分析中,针对在一定区域内变化的一般性非确定参数,采用人工智能手段——人工神经网络(三层感知器模型)的泛化映射机制近似模拟结构参数和结构响应间的非线性关系,进而由神经网络的结构参数构造