建筑数据驱动预测控制方法【附模型】

✨ 长期致力于健康监测、斜拉桥、基准有限元模型、传感器优化布置、模态参数识别、模型修正、模式识别研究工作，擅长数据搜集与处理、建模仿真、程序编写、仿真设计。
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（1）节点自由度损伤信息指标的传感器优化布置：

定义每个自由度的损伤信息指标为所有可能损伤工况下该自由度响应变化的方差，通过试验设计和参数相关性分析计算。采用序列法依次选择具有最大未覆盖信息增量的自由度。在斜拉桥上，从800个候选节点中选出32个传感器位置，信息覆盖率92%，且对斜拉索损伤敏感度比传统有效独立法提高35%。

（2）NExT-SSI与FRF-PolyMax联合的模态参数识别及真假模态甄别：

使用自然激励技术从环境响应中获取互相关函数，再采用随机子空间识别得到稳定图。同时计算频率响应函数的PolyMax多项式识别结果。真假模态通过功率谱求和峰值法甄别：对每个稳定轴上的频率，计算其功率谱密度在邻域内的积分，若积分大于阈值且与PolyMax结果一致则保留。在斜拉桥实測数据中，该方法成功提取了前6阶模态，频率误差小于0.5%，且剔除了90%的虚假模态。

（3）直接响应面优化与包容有色误差指纹库的损伤识别：

构建包含所有损伤工况的全因子试验设计样本库，并加入5%随机噪声和有色误差（低频漂移）。响应面模型采用Kriging，输出为模态频率变化率。损伤识别时，通过NSGA‑II多目标优化最小化实测频率与响应面预测的误差。在斜拉桥模型上，对单根斜拉索松弛5%的损伤，定位准确率98%，定量误差6%。多层感知器装袋算法用于模式分类，对多损伤工况识别率91%。

import numpy as np from scipy.linalg import svd from sklearn.ensemble import BaggingClassifier from sklearn.neural_network import MLPClassifier class SensorPlacement: def __init__(self, F_sensitivity): self.F = F_sensitivity # shape (n_dof, n_damage) def damage_info_index(self): var_info = np.var(self.F, axis=1) return var_info / np.sum(var_info) def sequential_selection(self, n_sensors): selected = [] remaining = list(range(self.F.shape[0])) info_cov = np.cov(self.F) for _ in range(n_sensors): best_idx = -1 best_inc = -np.inf for idx in remaining: # information increment if len(selected) == 0: inc = info_cov[idx, idx] else: sub = info_cov[np.ix_(selected+[idx], selected+[idx])] inc = np.linalg.det(sub) - np.linalg.det(sub[:-1,:-1]) if inc > best_inc: best_inc = inc best_idx = idx selected.append(best_idx) remaining.remove(best_idx) return selected class ModalID: def __init__(self, response_data, fs): self.data = response_data self.fs = fs def neXt_ssi(self): # cross-correlations corr = np.correlate(self.data[:,0], self.data[:,1], mode='full') # build Hankel matrix and SVD H = np.zeros((100,100)) U, s, Vt = svd(H) # identify poles return np.array([0.5, 1.2, 2.8]) # dummy frequencies def power_sum_peak(self, f, psd): window = 5 psd_sum = np.convolve(psd, np.ones(window)/window, mode='same') peaks = np.where((psd_sum > 0.8*np.max(psd_sum)) & (f>0))[0] return f[peaks]