文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
基于混沌遗传算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构研究
姓名:张荣祥
申请学位级别:硕士
专业:仪器科学与技术(智能监测与控制)
指导教师:郑世杰
20080301
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
光纤布拉格光栅传感技术在结构健康监测领域有着广阔的应用前景,而
进化计算和机器学习是目前人工智能和模式识别领域的前沿科学,本文布拉
格光栅非均匀应变分布重构的研究工作采用了混沌遗传算法和支持向量回
归方法,具有重要的理论价值和工程实践意义。
从耦合模理论的角度分析了光纤布拉格光栅应变传感原理,重点讨论了
龙格库塔积分法和传输矩阵法的布拉格光栅反射光谱计算方法;在分析基本
遗传算法优劣性能的基础上,提出了实数编码和适应度排序标定方案的改进
遗传算法;为了加快遗传算法的收敛速度和避免陷入局部最优解,研究了混
沌优化算法的原理和载波方式,并构建成混沌算子嵌入改进遗传算法中形成
混沌遗传算法;定义了四种衡量非均匀应变分布重构精度的指标,针对非均
匀应变分布形式分为线性、多项式、高次和不连续四种情况,从指标定量分
析的角度研究了混沌遗传算法的优化性能,并和改进遗传算法比较,验证了
混沌算子局部寻优的有效性;详细讨论了进化代数、反射光谱谱宽、采样间
隔以及测量噪声对应变分布重构精度的影响,提出了ε-不敏感损失支持向
量回归的反射光谱降噪方法,算例的仿真结果表明依据支持向量回归的反射
光谱进行非均匀应变分布重构取得了令人满意的效果。
本课题得到了国家自然科学基金(10772077)和中国航空科学基金
(2007ZD52047)的资助。
关键词:结构健康监测,光纤布拉格光栅,非均匀应变分布重构,传输矩阵,
混沌遗传算法,支持向量回归
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基于混沌遗传算法的布拉格光栅非均匀应变分布重构研究
ABSTRACT
Since the prospect of application of fiber Bragg grating sensor is broad in
the structure health monitoring system, and both of puting and
machine leaning are front science in the field of artificial intelligence and
pattern recognition, the research of nonuniform strain profile reconstruction in
Bragg grating based on chaos ic algorithm and support vector regression is
highly worth in theory and engineering practice.
This dissertation firstly introduces coupled-mode theory to analyses the
principle of strain sensor of Bragg grating, then focuses on the Runge–Kutta
integrating method and transfer matrix method for reflected spectrum
calculation. After discussing the advantage and disadvantage of ic
algorithm, an improved one is proposed with real code and fitness ranking
scheme. For accelerating the convergence of ic algorithm and avoiding
getting into local best solution, the elements of chaos optimize algorithm and
carrier mode are studied for creating chaos operator, which is embedded into the
improved ic algorithm to form chaos ic algorithm. Whereafter, to
validate the availability of local searching of chaos