斜拉桥施工灰色预测控制系统.pdf

442 建筑教育改革理论与实践 (第9卷) 2007年6月 斜拉桥施工灰色预测控制系统 李裕双 刘 亮 李献光 (湖北省恩施州交通基本建设质量监督站，湖北·恩施445000) j 摘要影响斜拉桥施工结构状态误差的因素众多。若不在施工过程中实施有效控制．就有可能由于误 差(偏差)的累积导致成桥后结构的整体受力状态及线型严重偏离设计目标而影响结构的可靠性和美观。本 文将以灰色系统控制理论为依据，提出灰色预测控制系统，并应用于分段悬臂施工的大跨度预应力混凝土斜 拉桥的施工控制中。 关键词 巴东大桥灰色理论施工控制系统 1概述 造成大跨径斜拉桥实际状态和设计值不一致的主要因素有施工荷载变化、结构性能差异、 周围环境影响和计算模型失真等，且几乎全部属于非确定性的，致使大跨度斜拉桥施工阶段的 受力变形过程属于一种很复杂且不平稳的随机过程，它们的影响在设计阶段一般没有也无法 完全考虑，只有在施工过程中根据结构的实际反应予以考虑。以分段施工的悬浇预应力混凝 土斜拉桥为例，决定斜拉桥受力形态和线型的变量有梁段重量、索力大小、截面几何特征参数、 混凝土收缩徐变等等，这些因素无一不具有随机性，其控制系统也是一个典型的随机控制系 统，因此该系统是一个受噪音干扰的技术系统，亦即是具有物理原型的灰色系统。所谓灰色系 统是指系统中既含有已知信息又含有未知的、非确切的信息的系统。基于此，本文将以灰色系 统控制理论为依据，提出灰色预测控制系统，并应用于分段悬臂施工的大跨度预应力混凝土斜 拉桥的施工控制中。 2预测控制的方法机理 预测控制的方法机理可用预测模型、滚动优化、反馈校正这三个要素来表征。这三个要素 反应了预测控制的本质特征，其主要原理如下： 2．1 预测模型 对象的输出预测是预测控制的关键，而对象的输出预测又必须基于描述对象动态特性的 数学模型。因此，在预测控制算法中，需要一个能描述对象动态特性的基础模型，这种基础模 型称为预测模型。预测模型应具有预测功能，即能够根据系统的历史信息和选定的未来控制 输入，预测系统的未来输出值。建立预测模型必须遵循两条原则：一是正确反映输入一输出的 动态因果关系；二是建模表达形式尽可能简单。 2．2 滚动优化 预测控制算法是一种优化控制算法，但它不同于一般的离散最优控制算法。预测控制采 用的是滚动式的有限时域优化目标函数。即预测控制的优化过程不是一次离线进行，而是反 复在线进行，不断滚动循环。固定式的全局优化目标函数的局限性是，即使在理想情况下也只 能得到全局的次优解，但实施滚动优化策略，就能对动态系统的模型失配、时变、随机干扰等不 确定因素及时进行补偿，始终把新的优化建立在过去时域滚动优化的基础上，建立在系统当前 2007年8鹦 第4篇瑗论与实践专题研究443 Ill Illfl IIllllll IIII _ Illll 实际媾菇瓣蒸鹂上，跌瑟使控溯始终傈掩巍祷限酵壤上静察际最傀纯。这种扁发式懿滚动挠 化策略，兼顾了对未来充分靛时间内的理想优化和实际存谯的不确定性的影响，它是最优褴制 对于对象和环境的不确定能的妥协。对予艇杂的动态系统米说，这种滚动优化策略所得剿的 全局凌燕舞，爨恁理想条终下约浸霞控裁更躲甥含实瑟翻熨搬有效。 2。3菠镄校正 预溅控制算法在进行滚渤优化时，应健能化的基点与系统当前的实际情况一致。郎在控 制的每一步，都要检测系统的实际输出值，辨通过引入误熬预测或模型辨识对未来的输出做出 较准确约预测。为此必须弓l入反馈校正，剃根据实际输出对模型的结构或参数进行实对梭藏。 这是蠹鸯箨势萋旗夔预嚣摸燮，鬟是嚣篆囊态黪整嚣覆路播述，孬实嚣系统审存在羞莓线撼、 对交、模鍪失鼯、干撬等不确定往因素，这臻都会对系统产黛举嶷影噙，毒戴兼尾不变摸蘩进行 预测是不可能与实际情况粥捷一致的，这就黼要用附加的预测手段来弥补横期预测的不风，或 者对基础模猁进行在线修藤，引入反馈校溅魑达到这一目冉勺的有效途径。所以滚动优化臌有 建壶在爱馕梭歪静基磴主，才蕊萍理