斜拉桥分布式无线监测反馈与半主动控制系统

基本信息
批准号:51678108
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:喻言
学科分类:
依托单位:大连理工大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:潘盛山,B. F. Spencer,高庆华,巢明,郁胜,王伟明,雷挺,牛立群,杨常平
关键词:
斜拉桥无线传感器网络半主动控制结构健康监测一体化
结项摘要

Information sharing and the joint operation of monitoring and control can not been achieved because of the independent running of the monitoring and control systems for cable-stayed bridge, the safe operation of cable-stayed bridge has been challenged. Therefore, it has important theoretical and practical value to study the distributed control and the integration of monitoring and control. The project studies the key issues of structural distributed wireless monitoring feedback and semi-active control integration systems for cable-stayed bridges based on wireless sensor networks characterized with distributed layout, self organization, no wiring, etc.: The platforms including full-function wireless sensor nodes, multi-interface wireless actuator nodes, frequency hopping wireless central control station, are developed using a modular approach. The data synchronization based on GPS and Compressive-Sensing-based data loss compensation algorithms are designed to increase the reliability of monitoring feedback data; long cable control systems based on layout of distributed semi-active tuned mass damper are investigated, the distributed adaptive control algorithms with time delay compensation are designed; the fusion and operation mode of multi-level wireless monitoring feedback and control network systems are researched, and wireless monitoring feedback and semi-active control model integration systems for cable-stayed bridge will be built, in order to validate the proposed theory and methods in this project. This proposal is an interdisciplinary research, it can also be expanded to other civil structures and thus has great application prospects.

斜拉桥的监测与控制系统独立运行,不能实现信息共享和监控联动,分布式控制策略和监控一体化系统可更有效保障斜拉桥安全运营,因此该方面的研究具有重要的理论意义和实用价值。本项目结合无线传感网分布式、自组织、无需布线等优点,研究斜拉桥结构分布式无线监测反馈与半主动控制系统的关键科学问题,包括:研究无线监测反馈与控制网络系统物理平台节点的构建准则和设计方法;设计基于GPS混合同步算法和基于压缩感知的轻量级丢包补偿算法,解决监测反馈数据的可靠性问题;研究基于分布式半主动质量调谐阻尼器布设的超长拉索控制体系,设计带有时延补偿的分布式精简控制算法;研究多层次的无线监测反馈与控制网络系统融合策略及运行模式,进而建立斜拉桥无线监测反馈与半主动控制实验模型集成系统,验证本项目提出的理论与方法。 本项目属于交叉学科研究,该研究成果可推广到相关土木结构中,具有很好的应用前景。

项目摘要

现有的斜拉桥无线监测系统多侧重于相关数据的采集,再经由后台计算机或人工分析后才能制定不同的应对策略,而控制系统则由桥梁设计时的固定参数来配置,两者相互独立且不具备实时性和自适应控制的特征。本项目结合无线传感网络以及自动控制的技术特点设计了分布式无线监测反馈与半主动控制系统,具体的,构建了包含无线传感器节点、无线控制器以及无线中心控制站的无线传感网络;在此网络架构上设计了基于GPS时钟的同步算法以保证各传感器节点数据采集的同步性;在无线控制器中内嵌基于压缩感知的丢包补偿算法以保证反馈数据的完整性;构建了三层结构模型,并基于此设计了融合时滞差分补偿策略的分布式实时反馈自适应精简控制算法以实现对实验模型的快速精准控制,实验结果表明了所设计的系统及相关算法的有效性及其积极意义。实际部署时,依据被控对象的特征修改控制算法的相关参数即可轻松实现技术拓展,对斜拉桥结构健康监测的无线化以及智能化构建具有重要意义。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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