张弦梁结构静态主动控制闭环系统构建与试验

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目前空间结构研究的一类重要问题在于拓宽结构应用范围、实现结构的轻质高效,结构主动控制概念的提出,为相关研究提供了新的思路。本文以张弦梁结构为研究对象,以实现结构闭环主动控制全过程为目标,从控制算法理论、模型设计制作、控制系统集成、样本验证试验、闭环控制试验等几部分展开研究。首先将结构控制问题转化为优化问题,以结构位移最小和主梁最大应力最小为优化目标建立结构主动控制的优化模型。引入遗传梯度算法进行基于荷载信息的控制,随后将结构受载时的结构响应信息与控制策略作为输入值和输出值一一对应,形成训练样本库发展基于BP神经网络的结构控制方法。随后完成张弦梁结构试验模型的设计制作与闭环控制系统构建。以结构响应和调控效果为目标,确定模型的结构参数,并结合实际条件完成梁、索、杆、支座与节点等构件的设计制作。建立包含梁应力、位移等参数的传感系统和以步进电机和电动推杆组成的作动系统,实现作动参数的准确定量输出。最后开发基于串口通信的闭环控制系统,将控制方法和传感、作动系统进行集成,实现自动测量、自动计算、自动调控的闭环主动控制全过程。然后选择对试验模型影响较大的结构参数进行实测标定,使理论模型与实际模型更为吻合。分别以应力和位移为控制目标,进行包含均布、半跨、随机等多种荷载类型的控制样本试验,结果表明试验实测结果和理论分析结果较为符合,基于遗传梯度算法的张弦梁结构控制样本在实际模型中能够有效优化结构响应,改善受力状态。最后分别以应力和位移为控制目标,进行包含均布、半跨、随机多种荷载类型的闭环控制试验,验证结构闭环主动控制全过程试验的有效性和准确性。结果表明基于本文控制方法具有较强的响应识别和结构控制能力,能够有效根据实际结构响应产生控制策略,实现基于实测数据的闭环控制过程,优化结构受力状态。经过卸载阶段样本训练的控制系统能对卸载后结构受力变化进行有效感知和控制,实现结构回调至初始状态。本文的研究为张弦梁结构静态主动控制的理论研究与实际应用提供了参考。
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