[發明專利]一種結構形變傳感器布局優化擬合方法

有效

• 申請號: 201911050250.5
• 申請日: 2019-10-31
• 公開（公告）號: CN112749470B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 曲潤峰;曹清華;許振豐;鄭中信;韓懷鵬;李琳
• 申請（專利權）人: 北京華航無線電測量研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/15;G06F111/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種結構形變傳感器布局優化擬合方法，首先將結構形變云圖生成與形變大小和位置信息相關的梯度圖；其次對梯度圖進行結構形變傳感器抽取，對于抽取的點，利用空間插值的方法對這些點的形變值進行擬合估計；再其次重復從實測點集合中刪除一個測點，用剩余測點集合估算被刪除點的形變估計值，評估形變估計值的精度；最后對估計值滿足精度要求的觀測點減少結構形變傳感器的布置數量，在估計值不滿足精度要求的情況時，保留結構形變傳感器觀測點的布置。本發明可以有效地減少形變傳感器的布置數量，優化形變傳感器的布設位置，能夠全面、準確地監測系統結構形變量。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，尤其涉及一種航天器結構形變傳感器布局優化擬合方法。

背景技術

隨著國民經濟的迅速發展和國防建設的需要，衛星等航天器產品的復雜性、綜合化和智能化程度不斷提高，對航天器產品的可靠性也提出了更高的要求，從而導致在航天器預測與健康管理系統(PHM)中所需監測物理量逐漸增多，監測難度也隨之增加，并且對于結構形變實時監測和故障定位以及結構形變傳感器布局優化等技術提出了迫切的需求。

從理論上講，結構形變傳感器數量越多所獲取的形變參數就會越多，相應的檢測得到的數據量就會越多，對被測體形變的描述就會越準確越全面，然而對于航空航天設備系統這樣的大型復雜系統，不可能對所有位置的形變量都安裝結構形變傳感器進行測量，否則在空間上將會難以支撐，并且結構形變傳感器的安裝和布局方式也可能會對設備的工作狀態產生影響。因此需要對結構形變傳感器的數目和安裝位置進行布局優化，保證在結構形變傳感器數目一定的情況下能夠對星體的形變情況進行全面監測。

目前，結構形變傳感器布局優化方法基本上均是基于有效獨立法和模態向量動能的動力學特性分析方法，但是由于材料的結構屬性、幾何特征以及邊界條件等，模態試驗中的激勵點或者響應點不能準確的反應結構的模態向量，這會導致布局優化后不能很準確的反映產品的形變。

發明內容

本發明需解決技術問題是提供一種能準確反映產品形變的結構形變傳感器布局優化擬合方法，針對航天器的復雜結構，在保證航天器結構形變值監測效果的同時，有效減少形變傳感器的數量，優化形變傳感器的安裝位置。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種結構形變傳感器布局優化擬合方法，包括如下步驟：

步驟1、將結構形變云圖生成與形變大小和位置信息相關的梯度圖；

步驟2、根據梯度圖進行結構形變傳感器抽取，對于抽取的點，利用空間插值的方法對這些點的形變值進行擬合估計；

步驟3、重復從實測點集合中刪除一個測點，用剩余測點集合估算被刪除點的屬性值，得到每個測點上的形變估計值，并評估形變估計值的精度；

步驟4、估計值滿足精度要求的觀測點可以減少結構形變傳感器的布置數量，在估計值不滿足精度要求的情況時，保留結構形變傳感器觀測點的布置。

進一步地，

所述步驟1結合形變云圖和梯度圖，保留形變量最大值和最小值作為優化擬合過程中抽取的基準點，這兩個點在布局優化擬合過程中保留不變。

所述步驟2對梯度圖的抽取原則為：邊緣點或者邊界點少抽取，梯度圖中變化較大的點少抽取，變化平緩的點多抽取。

所述步驟3評估方法采用均方根誤差的方法來評估形變估計量的精度，均方根預測誤差PMSPE的公式為：

式中，為位置x_i處形變的估計值，Z(x_i)為位置x_i處形變量的實測值，均方根預測誤差越小，預測值就越接近真實值。

與現有技術對比，本發明有益效果如下：