多主体协作结构健康监测系统的关键技术研究

论文摘要

结构健康监测是当前工程界与学术界的一个研究热点,已在多个领域取得不少进展,但要真正将其实用化,必须解决大范围集成问题。实际大型结构中,传感器数目多、种类繁杂,传感器信息是分散、分布、不同种类的。为了能够有效地协调、管理大型结构中的分布式监测网络,本文将人工智能领域的多主体技术应用到结构健康监测领域,建立多主体协作结构健康监测系统。针对实际大型平板结构进行了功能验证,验证了多主体协作结构健康监测系统的有效性,并在研究中初步提出了移动主体协作技术在结构健康监测中的应用,优化了系统的性能。本文的工作有助于促进结构健康监测技术的实用化。论文的主要工作和创新性成果如下:（1）研究了多主体协作结构健康监测系统的理论基础及构造原理。研究了主体BDI模型;从思考型主体、反应型主体、混合型主体中选取设计了不同主体的结构;研究了主体间的通信语言KQML;采用结合网状结构和层次结构优点的复合结构,设计了多主体协作结构健康监测系统的体系结构。（2）提出了多主体协作结构健康监测系统的构造过程,建立了多主体协作结构健康监测系统框架。建立了7类健康监测系统智能主体及确立了主体间的协作、协调、协商机制;提出采用本体设计规范系统中概念间的关系;采用推进器（Facilitator）设计作为主体间的桥梁作用,实现了主体之间真正自主地、有效地协作。（3）提出在多主体协作结构健康监测系统中采用黑板协作方法解决单个损伤评估主体不能解决的难题,采用信息融合中的D-S证据方法解决结果冲突问题;提出采用功能精确的协同方法作为子系统间的协作方法,在子系统间设立共享信息管理主体,建立分布式数据库为当地子系统提供服务,并通过子系统间信息共享的方式协同解决大型结构健康监测工作。（4）将多主体协作健康监测系统应用于大型平板结构,针对三种典型监测对象:应变分布、螺钉松动、冲击载荷进行了分布式监测、协作功效、健康监测功效等系统功能的实验验证。提出采用基于案例的推理（CBR）技术作为诊断主体的协调机制,提出采用循环激励-依次传感方案解决大型结构中的螺钉松动监测问题。验证系统通过主体协作可自动判别监测对象,实现不同类传感器的选取和自组网络、通过协作自动选取合适的不同传感器的信号和信息处理方法,解决了边界监测问题、消除环境干扰、自动判别多个子监测区域中的上述三种典型监测问题。（5）初步提出采用移动主体协作技术进一步优化多主体协作结构健康监测系统的性能,并结合验证实例阐述了移动主体协作的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 结构健康监测概述
• 1.1.1 概念
• 1.1.2 研究内容
• 1.2 结构健康监测技术研究应用现状
• 1.3 结构健康监测面临的问题及解决方法
• 1.4 本课题国内外研究现状
• 1.5 本文研究内容
• 第二章 多主体协作结构健康监测系统的原理及体系结构研究
• 2.1 研究多主体协作结构健康监测系统的必需性
• 2.2 主体理论
• 2.2.1 主体概念及特性
• 2.2.2 主体理论模型
• 2.2.3 主体结构
• 2.3 多主体理论
• 2.3.1 多主体系统概念及特性
• 2.3.2 多主体系统的体系结构
• 2.3.3 主体间的通信
• 2.3.4 协作与协调
• 2.4 多主体协作结构健康监测体系结构研究
• 2.4.1 结构健康监测体系结构分析
• 2.4.2 多主体协作结构健康监测系统中的主体理论模型
• 2.4.3 多主体协作结构健康监测系统中的主体结构
• 2.4.4 主体间的通信
• 2.4.5 多主体协作结构健康监测的体系结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 多主体协作结构健康监测系统的构造
• 3.1 多主体协作结构健康监测系统的构造
• 3.1.1 系统需求分析
• 3.1.2 任务分解
• 3.1.3 本体设计
• 3.1.4 主体设计
• 3.1.5 整个多主体系统构造
• 3.2 冲突消解策略
• 3.3 本章小结
• 第四章 多主体协作结构健康监测系统的验证方法研究
• 4.1 系统设置及传感器布置
• 4.2 监测系统中相应主体定义及实现
• 4.2.1 数据监测层主体
• 4.2.2 数据解释层主体
• 4.2.3 损伤诊断层主体
• 4.2.4 信息层主体
• 4.2.5 共享信息管理主体（SIMA）
• 4.3 损伤监测策略
• 4.3.1 静态载荷监测
• 4.3.2 紧固件连接失效监测
• 4.3.3 冲击载荷定位
• 4.3.4 基于CBR 技术的协调策略
• 4.4 基于多主体技术的大型平板结构健康监测策略
• 4.5 主体间的协作方式
• 4.6 本章小结
• 第五章 多主体协作结构健康监测系统的实验验证
• 5.1 实验铝板以及传感器布置
• 5.2 系统中相应主体定义及实现
• 5.3 实际监测策略
• 5.3.1 静态载荷监测策略
• 5.3.2 螺钉松动监测策略
• 5.3.3 冲击载荷位置监测策略
• 5.4 评估系统的实现框架
• 5.5 冲击载荷诊断主体的构造实现
• 5.5.1 冲击载荷诊断主体的知识库的确立
• 5.5.2 推理机的确立
• 5.5.3 冲击载荷诊断主体的建立
• 5.6 整个多主体系统的执行
• 5.6.1 诊断主体间的通信
• 5.6.2 冲突消解
• 5.6.3 共享信息管理主体（SIMA）的实现
• 5.6.4 系统执行
• 5.7 本章小结
• 第六章 移动主体协作于结构健康监测中的应用
• 6.1 移动主体
• 6.1.1 移动主体的概念
• 6.1.2 移动主体的特性
• 6.1.3 移动主体于分布式传感网络的应用
• 6.2 移动主体协作于多主体协作结构健康监测系统实现中的优势
• 6.3 移动主体协作在无线监测传感网络中的应用
• 6.3.1 无线传感网络于SHM 领域的应用现状
• 6.3.2 应用于SHM 领域的无线传感网络联盟构架
• 6.3.3 基于移动主体协作技术的分簇研究
• 6.4 移动主体协作验证
• 6.4.1 移动主体协作验证1
• 6.4.2 移动主体协作验证2
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 存在的问题和展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文