کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
560229 1451869 2015 14 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Stable force identification in structural dynamics using Kalman filtering and dummy-measurements
ترجمه فارسی عنوان
شناسایی نیروی پایدار در دینامیک سازه ای با استفاده از فیلترینگ کالمن و اندازه گیری های ساختگی
کلمات کلیدی
برآورد نیروی؛ دینامیک سازه؛ فیلتر کالمن
فهرست مطالب مقاله
چکیده
کلید واژه ها
1.مقدمه
2.فیلتر کالمن تقویت شده برای سیستم های مکانیکی
2. 1. معادلات حالت تقویت شده
2. 2. معادلات فیلتر کالمن
3.مشخصات پایداری فیلتر کالمن
4.اندازه گیری های ساختگی به منظور جلوگیری از واگرایی
5.گسسته سازی فیلتر کالمن تقویت شده با استفاده از اندازه گیری های ساختگی
6.اعتبارسنجی
6. 1. اعتبارسنجی عددی
6. 2. اعتبار سنجی آزمایشگاهی
7.نتیجه گیری
شکل 1. سیستم فشرده ی جرم-فنر-میراگر برای اعتبارسنجی عددی
شکل 2. نیروی برآورد شده با اندازه گیری کامل شتاب. (a) شبیه سازی کامل و (b) دید نزدیک بر روی نقطه ی اوج.
شکل 3. نیروی برآوردشده با اندازه گیری دسته بندی شده ی شتاب. (a) شبیه سازی کامل و (b) دید نزدیک بر روی نقطه ی اوج.
شکل 4. موقعیت، سرعت و شتاب جرم اول با اندازه گیری کامل شتاب.
شکل 5. موقعیت، سرعت و شتاب جرم اول با اندازه گیری دسته بندی شده ی شتاب.
شکل 6. موقعیت، سرعت و شتاب جرم آخر با اندازه گیری کامل شتاب.
شکل 7. موقعیت، سرعت و شتاب جرم اول با اندازه گیری دسته بندی شده ی شتاب.
شکل 8. حد وسط کواریانس تخمین زده شده. (a) اندازه گیری کامل و (b) اندازه گیری دسته بندی شده.
شکل 9. تیر طره.
شکل 10. نیروهای تخمین زده شده توسط روش آزمایشگاهی.
شکل 11. اندازه گیری های شتاب بر روی تیر طره.
شکل 12. نیروهای تخمین زده شده با انحراف توسط روش آزمایشگاهی.
جدول 1. مشخصات تیر طره
جدول 2. مشخصات سنسورها بر روی تیر طره
ترجمه چکیده
در بسیاری از کاربردهای مهندسی لازم است در مورد نیروهای وارده به سیستم های مکانیکی آگاهی داشته باشیم. با این حال، در عمل اندازه گیری مستقیم این نیروها بسیار مشکل است. به منظور دستیابی به تخمینی از نیروهای وارده بر سیستم های سازه ای، اخیرا روش های مبتنی بر فیلترینگ کالمن ارائه شده اند. با استفاده از این روش های تخمین حالت، می توان نیروهای متناظر با حالت های سیستم را بر اساس تعداد محدودی اندازه گیری تخمین زد. در عمل، اندازه گیری های شتاب در موارد مربوط به دینامیک سازه راحت تر مورد استفاده قرار می گیرند. این مقاله یک روش تحلیلی از پایداری روش های تخمین نیروی مبتنی بر کالمن پیشنهاد می کند و نشان می دهد که تنها استفاده از اندازه گیری های شتاب به طور ذاتی منجر به نتایج غیرموثقی می شود. برای حل این موضوع، افزودن اندازه گیری های ساختگی بر روی تراز موقعیت پیشنهاد شده است. این اندازه گیری های ساختگی به تخمین گر القا می کند که به حالت تغییرشکل نیافته بازگردد و منجر به یک روش تخمین پایدار می شود. روش پیشنهادی هم از طریق آزمایش های عددی و هم آزمایش های عملی اعتبارسنجی می شود. هر دو آزمایش نامناسب بودن فیلتر کالمن تقویت شده را برای دستیابی به نتایج پایدار تنها با استفاده از اندازه گیری های شتاب نشان می دهند. از سوی دیگر تخمین گر با اندازه گیری های ساختگی نتایج خوبی را در مورد نیروی خارجی بدون تورش ارائه می کند.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی کامپیوتر پردازش سیگنال
پیش نمایش مقاله
شناسایی نیروی پایدار در دینامیک سازه ای با استفاده از فیلترینگ کالمن و اندازه گیری های ساختگی
چکیده انگلیسی
Many engineering applications require the knowledge of input forces to mechanical systems. However, in practice, it is quite difficult to measure these forces directly. In order to obtain an estimate of the input forces to structural systems, Kalman filtering based techniques have recently been introduced. These state-estimation techniques allow estimating the forces concurrent with the states of a system, based on a limited number of measurements. In practice, acceleration measurements are most convenient to use in structural dynamics applications. This paper proposes an analytical analysis of the stability of the Kalman based force estimation techniques and shows that only using acceleration measurements inherently leads to unreliable results. In order to circumvent this issue, the addition of dummy-measurements on a position level is proposed. These fictitious measurements dictate the estimator to return to an undeformed state and lead to a stable estimation approach. The proposed method is validated through both a numerical and a practical experiment. Both experiments show the inadequacy of the augmented Kalman filter based on only acceleration measurements to provide stable results. The estimator with dummy measurements on the other hand provides good results in the case of an unbiased external load.
ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Mechanical Systems and Signal Processing - Volumes 50–51, January 2015, Pages 235–248
نویسندگان
, , ,