基于张拉整体的智能结构研究

张拉整体结构对外荷的高敏感性决定了这种结构体系需要在一种适应性很强的控制系统下才能发挥它的优势。本项目将利用张拉整体结构的特有属性，在现有的结构控制与结构检（监）测的理论基础上，引入学习、思考、决策等人工智能机制，研究开发一种可以通过连续改变结构几何形态来保证结构安全性与功能要求的新型张拉整体智能结构体系。重点解决张拉整体智能结构体系的结构机理、优化控制、智能学习和系统集成四个方面的基础理论与关键技术问题，建立基于张拉整体的智能结构体系理论框架，形成融合现代结构工程、传感、控制、人工智能等高新技术的智能结构系统集成技术。本项目的开展将推进强几何非线性预应力结构的找形分析、变形跟踪等力学理论的发展，促进人工智能算法与随机搜索算法在智能结构控制中的应用，完善土木工程智能结构的理论框架、实现路线，推动张拉整体结构从理论研究走向工程实践，部分研究成果同样适用于航天结构、机器人技术等相关工程领域。

张拉整体结构对外荷的高敏感性决定了这种结构体系需要在一种适应性很强的控制系统下才能发挥它的优势。本项目利用张拉整体结构的特有属性，在现有的结构控制与结构检（监）测的理论基础上，引入智能机制，研究开发一种可以通过连续改变结构几何形态来保证结构安全性与功能要求的新型张拉整体智能结构体系。重点解决张拉整体智能结构体系的结构机理、优化控制、智能学习和系统集成四个方面的基础理论与关键技术问题，取得的主要研究成果包括以下四个方面：（1）将张拉整体结构的合理形体确定问题划分为找形与找力两大类问题，分别建立了相应的约束优化模型，引入直接搜索算法求解此类约束优化问题，为解决自由形态及复杂张拉整体结构的合理形式和形态问题提供了一条有效的途径。（2）建立了张拉整体结构静态与动态、线性与非线性形态优化控制的数学模型，提出采用增量动力松弛法跟踪张拉整体结构的形态调整路径，研究了作动器数量、布置位置及其他约束条件对控制效果的影响，比较了不同优化算法的计算效率与与适用条件。（3）提出了张拉整体结构的智能（自适应）形态调节策略与路径选择方法，推导了分别以内力与位移为控制目标的自适应形态调节策略，研究了典型张拉整体结构在不同工况下的自适应形态调整过程。（4）编制了基于Matlab平台的张拉整体结构合理形态分析、优化控制与仿真模块，以平面张拉整体结构为例实现了软硬件系统的集成，实现了随荷载改变结构形态自适应改变的过程，演示了算法与系统的可行性。