[发明专利]一种用于导管架海洋平台结构的传感器位置与数目优化方法

摘要

本发明公开了一种用于导管架海洋平台结构的传感器数目与位置优化计算方法，包括设置优化目标函数、确定传感器候选位置、划分子区域、确定每个传感器的位置搜索空间、计算传感器数量等步骤。本发明通过模型缩减法建立传感器位置优化的目标函数，利用结构子区域法为位置变量提供搜索空间，通过遗传算法实现优化计算过程，充分考虑结构被测振型的完整性和正交性，实现了对大型复杂的海洋平台结构的传感器位置和数目优化，使得海洋平台监测所需的传感器位置与数目判断不再依靠工程师们的经验，大大提高了大型复杂的导管架海洋平台监测效率，节约了人力物力，提高了经济效益。

主权项

一种用于导管架海洋平台结构的传感器位置与数目优化计算方法，其特征在于，包括以下步骤：A.基于模型缩减法中主自由度的选择原则与导管架海洋平台结构的传感器的选择准则较为一致，把传感器位置优化过程等价为模型缩减法中主自由度的优化选择过程，把基于缩减模型得到的固有频率ft与标准固有频率Ft的差设为传感器位置优化的目标函数：$ObjV=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}|f_t-F_t|$其中，T是待识别模态阶数，t为第t阶待识别模态，ft是基于缩减模型计算得到的第t阶固有频率，Ft为基于完整模型的第t阶固有频率，设为标准频率；B.采用结构子区域法，给定位置变量约束条件；根据给定的传感器数目N、结构构型与振动特征，把结构划分为N个相互不重叠的子区域，位于子区域内的所有自由度即为对应的位置变量的搜索空间，每个位置变量的搜索空间限定于所在的子区域；C.通过遗传算法，在每个位置变量的搜索空间约束下，找到一组使得上述目标函数取值最小的主自由度组合，这组主自由度即为给定传感器数目N下的最优传感器位置；D.计算传感器数目，把传感器数目N设置为循环变量，通过给定数目N的位置优化计算，得到对应的最优目标函数值ObjV_N，设定计算收敛条件，并把开始满足收敛条件的传感器数目设置为最佳传感器数目；传感器数目N被设置为循环变量，相邻两次循环，传感器数目分别为N_i与N_i+1，并满足：N_i+1＝N_i+NUM其中，N_i+1、N_i分别是第i+1次、第i次循环时的传感器数目，i＝1,2,3…；NUM为相邻两次循环的传感器数目增量；第i+1次循环对应的收敛系数定义为：${\mathrm{Con}}_{N_{i+1}}=\left|\frac{{\mathrm{ObjV}}_{N_{i+1}}-{\mathrm{ObjV}}_{N_i}}{{\mathrm{ObjV}}_{N_{i+1}}}\right|$其中，ObjV_Ni+1与ObjV_Ni分别是传感器数目为N_i+1和N_i时计算得到的最优目标函数值；当第i次与第i+1次的收敛系数的平均值Cont小于5％时，且继续增加传感器数目时，Cont值仍小于5％，则认为识别目标模态至少需要N_i个传感器。${\mathrm{Cont}}_{N_i}=\frac{{\mathrm{Con}}_{N_{i+1}}+{\mathrm{Con}}_{N_i}}{2}\≤5\%$