[发明专利]一种基于遗传梯度算法的闭环控制智能张弦梁结构

说明书

本发明公开了一种基于遗传梯度算法的闭环控制智能张弦梁结构，该结构包括张弦梁、计算机控制系统、作动系统、传感系统；所述作动系统替代张弦梁结构的撑杆，并与计算机控制系统相连，接受计算机控制系统发出的指令；传感系统安装于张弦梁结构的上弦，并与计算机控制系统相连；计算机控制系统用于处理接收的作动系统和传感系统的信息，并做出指令，进行数据交互；本发明在传统的张弦梁结构上引入智能控制，使其能根据外部荷载状况调整自身的形状和刚度，从而达到提高优化结构特性、提高结构承载力的目的。

技术领域

本发明涉及结构的智能控制领域，尤其涉及一种基于遗传梯度算法的闭环控制智能张弦梁结构。

技术背景

张弦梁结构是一种杂交的空间结构，它将拱梁、桁架结构和悬索结构结合在一起，形成了一种受力均匀、施工方便可靠的新型结构形式。被广泛用于大跨空间结构。张弦梁结构是一种介于刚性结构和柔性结构之间的半刚性结构，其整体的刚度是由构件自身的截面尺寸和结构的几何形体来决定，通常通过对张弦梁结构引入适当的预应力可以提高结构的工作性能，但是由于结构所受的外荷载复杂多变，无法确定一个唯一的预应力使得结构满足各种工况。因此本发明在传统张弦梁结构引入智能控制系统，使得张弦梁结构可以根据外部荷载来调节自身的刚度和形状。

然而，将目前的常用的控制技术应用于张弦梁结构的智能控制，其不足主要表现在以下两个方面：

1、荷载情况未知，现有的研究均是在荷载已知的情况下对结构进行控制，然而在实际情况中，结构所承受的荷载大多是未知的，当荷载未知的情况下，如何对结构进行控制也成了难点。

2、缺乏合适高效的算法，对于小型的桁架和索杆张力结构，传统的控制理论可以较为容易的求解。但当结构体型增大，荷载情况复杂时，控制指令的可行空间成几何级数增长，传统的控制算法几乎不可能实现对结构的控制，因此需要采用大空间随机算法。

发明内容

针对该背景，发明了一种基于遗传梯度算法的闭环控制的智能张弦梁结构。通过对外荷载的识别与反馈，控制系统做出分析及指令，对结构做出实时的调整，实现预定控制目标。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种基于遗传梯度算法的闭环控制智能张弦梁结构，其特征在于，该结构包括张弦梁、计算机控制系统、作动系统、传感系统；

所述作动系统替代张弦梁结构的撑杆，并与计算机控制系统相连，接受计算机控制系统发出的指令；传感系统安装于张弦梁结构的上弦，并与计算机控制系统相连，将感知到的信息传递给计算机控制系统；计算机控制系统用于处理接收的作动系统和传感系统的信息，并做出指令，进行数据交互。

所述计算机控制系统包括数据处理模块和模型计算模块；所述数据处理模块用于建立张弦梁结构的几何非线性模型，包括杆件类型以及各类杆件的几何参数和力学参数，并获取张弦梁结构中的作动系统的作动量；提取位移计算结果并通过模型计算模块进行优化；所述模型计算模块用于将数据处理模块中获取的作动量作为优化变量，以结构位移最小为优化目标，采用遗传梯度算法进行优化计算。

进一步地，所述模型计算模块包括初始化种群子模块、解码计算适应度子模块、选择子模块、交叉子模块、变异子模块、梯度下降子模块和输出子模块；

所述初始化种群子模块：用于对数据处理模块获取的作动系统的作动量搜索空间进行编码以生成随机初始种群；

所述解码计算适应度子模块：用于以结构位移为适应度值，根据适应度规则，选择进入下一代的个体以生成优胜劣汰的种群；

所述选择子模块：根据解码计算适应度子模块中获取的适应度值，选择进入下一代的个体以生成优胜劣汰后的种群；

所述交叉子模块：用于对选择子模块中生成的优胜劣汰的种群进行交叉；

所述变异子模块：用于对交叉子模块交叉生成的种群进行变异；