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第五届全国工程风险与保险研究学术研讨会

作者：张令心李孟达刘洁平朱柏洁中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 中国地震局工程力学研究所中国地震局地震工程与工程振动重点实验室黑龙江哈尔滨150080 华夏幸福基业股份有限公司北京100027

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照中国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁... 详细信息

以框架-剪力墙结构为研究对象,按照中国现行抗震设计规范,设计了一个代表性办公楼结构,建立其非线性分析模型;并选择7个参数用以考虑结构参数的不确定性,选择PGA/PGV以考虑地震动参数的不确定性;结合地震动和结构不确定性参数,采用拉丁超立方采样与正交设计结合的方法,抽样形成地震-结构样本对;利用Perform-3D有限元分析软件,采用增量动力法(IDA)进行结构地震易损性分析,得到了该结构的地震易损性分析结果.研究表明:该类结构能够很好地满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震要求,具有良好的抗震性能.研究成果弥补了目前框架-剪力墙结构地震易损性分析中未考虑结构参数不确定性的不足,可为预测高层框架-剪力墙结构等重大工程结构的地震破坏和损失提供有力的科学依据.

关键词：框架-剪力墙结构地震易损性增量动力法结构不确定性

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具有结构不确定性的非线性系统的鲁棒输出调节

具有结构不确定性的非线性系统的鲁棒输出调节

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1995中国控制与决策学术年会

作者：马晓军韩存武文传源北京航空航天大学自动控制系北京航空航天大学自动控制系北京航空航天大学自动控制系

研究具有结构不确定性的非线性系统的鲁棒输出调节．当不确定性满足匹配条件时, 给出了鲁棒输出调节问题可解的充要条件,并构造了控制律以实现鲁棒输出调节．

关键词：结构不确定性非线性系统鲁棒输出调节

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具有结构不确定性的线性反馈控制系统的鲁棒稳定性

具有结构不确定性的线性反馈控制系统的鲁棒稳定性

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1991年控制理论及其应用年会

作者：顾冬梅中国科学院自动化所

具有不确定性因素的系统的综合是鲁棒控制论研究的焦点之一,本文研究了具有结构不确定性（Structured Uncertainty）因素的反馈控制系统的鲁棒稳定性。对于一个普通的补偿器（general compensator）,本文给出了闭环系统鲁棒稳定的充分... 详细信息

具有不确定性因素的系统的综合是鲁棒控制论研究的焦点之一,本文研究了具有结构不确定性（Structured Uncertainty）因素的反馈控制系统的鲁棒稳定性。对于一个普通的补偿器（general compensator）,本文给出了闭环系统鲁棒稳定的充分必要条件,当补偿器满足第2节的假定条件时,作者给出了其闭环系统鲁棒稳定的有限检验的充分必要条件。最后,本文给出了拓广的盒子定理（Box Theorea[1]）。

关键词：结构不确定性控制系统综合鲁棒稳定性

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有结构不确定性的关联大系统分散H∞控制反馈控制

有结构不确定性的关联大系统分散H∞控制反馈控制

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第十九届中国控制会议

作者：陈宁桂卫华吴敏中南工业大学信息科学与工程学院中南工业大学信息科学与工程学院中南工业大学信息科学与工程学院

本文研究一类具有结构不确定性的关联大系统的动态输出反馈控制问题。不确定性被假定为在多面体内,基于二次稳定性理论,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了分散H∞输出反馈控制器存在的充分条件。当这个条件存在时,基于LMI 的解可以构... 详细信息

本文研究一类具有结构不确定性的关联大系统的动态输出反馈控制问题。不确定性被假定为在多面体内,基于二次稳定性理论,以线性矩阵不等式(LMI)的形式给出了分散H∞输出反馈控制器存在的充分条件。当这个条件存在时,基于LMI 的解可以构造分散H∞输出反馈控制器。文中算例说明该方法简单、方便。

关键词：关联大系统反馈控制反馈控制器结构不确定性

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考虑代理模型不确定性的结构统计灵敏度和可靠性分析方法研究

考虑代理模型不确定性的结构统计灵敏度和可靠性分析方法研究

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作者：马羽电子科技大学

学位级别：硕士

随着科学技术的不断进步以及现代工业的迅猛发展,复杂结构或产品的设计周期要求越来越短,计算机仿真技术因其能有效地提高设计效率而获得了广泛的应用。然而,设计者们在使用计算机仿真技术的过程中,逐渐发现其在设计优化领域存在计算量... 详细信息

随着科学技术的不断进步以及现代工业的迅猛发展,复杂结构或产品的设计周期要求越来越短,计算机仿真技术因其能有效地提高设计效率而获得了广泛的应用。然而,设计者们在使用计算机仿真技术的过程中,逐渐发现其在设计优化领域存在计算量庞大的问题。因此,在实际工程问题中,代理模型(Metamodel)常常被用来替代计算机仿真模型进行相关的设计优化。一般来说,复杂结构的设计优化通常会涉及结构不确定性问题,而灵敏度分析和可靠性分析方法能有效地处理结构不确定性问题。前者主要用于辨识设计参数的相对重要性,便于降维和资源分配;后者主要用于计算结构的失效概率,优化设计方案,提高结构的可靠度。因此,只要能解决好结构不确定性问题,必然能极大地提高结构设计的可靠性和稳健性。代理模型虽然能有效地降低计算机仿真模型的计算量,提高分析方法的计算效率,但也带来了新的挑战,即代理模型不确定性(Metamodeling Uncertainty)。其主要表现为:在代理模型的非采样点处,代理模型与真实模型之间存在偏差。近年来,基于代理模型的结构不确定性分析方法已引起国内外学者们的广泛关注,相关工作已陆续展开。然而,到目前为止,在基于代理模型的结构不确定性分析中并未考虑代理模型不确定性的问题,这必然会给结构不确定性分析结果带来一定程度的影响,造成分析和设计结果的不可靠。本论文围绕上述问题,开展了基于代理模型的统计灵敏度分析和结构可靠性分析方法的研究,具体的研究内容和创新点如下:(1)提出了联合考虑代理模型不确定性和输入参数不确定性的统计灵敏度分析方法。统计灵敏度分析方法是一种研究模型输入量的不确定性对模型输出量的不确定性贡献程度的重要方法。现有方法通常直接使用代理模型的预测均值代替真实模型的响应值进行统计灵敏度的相关计算,而忽略了代理模型不确定性对统计灵敏度分析方法的影响。针对此问题,本文综合考虑代理模型不确定性和输入参数不确定性,建立考虑两类不确定性的统计灵敏度分析方法,通过K-L展开(Karhunen–Loeve Expansion)的方法,将代理模型的不确定性转化为随机变量的不确定性问题,有效地量化代理模型不确定性和输入参数不确定性的统计灵敏度。(2)提出了考虑代理模型不确定性的结构可靠性分析方法。目前基于代理模型的结构可靠性分析方法常常采用序列采样(Sequential Sampling)的方法来提高代理模型与真实模型之间的近似程度,但是这些方法所选择的采样点不一定是降低极限状态函数不确定性即失效概率不确定性最有效的点。针对此问题,本文提出面向降低失效概率不确定性的序列采样方法。相比已有的序列采样方法,本文所提方法能有效地筛选并排除对失效概率计算无用的点。因此,本方法能通过选择更少的采样点,来构建准确的代理模型。(3)提出了基于代理模型的统计灵敏度和结构可靠性分析数值计算方法。在基于代理模型的统计灵敏度和结构可靠性分析方法的积分问题中,本文均采用蒙特卡洛积分方法进行计算,但此方法存在计算量庞大的弊端。针对此问题,本文提出采用数值积分方法来代替蒙特卡洛积分方法进行结构不确定性分析方法的计算。通过数学算例对常用的三种数值积分方法的计算效率和计算精度进行对比,从而选择合适的数值积分方法应用于结构不确定性分析方法中,在计算精度和效率之间寻求折衷。

关键词：代理模型不确定性结构不确定性统计灵敏度分析结构可靠性分析

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基于仿射算法的不确定性结构区间非概率可靠性分析

基于仿射算法的不确定性结构区间非概率可靠性分析

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作者：方兰西安电子科技大学

学位级别：硕士

在实际的工程应用中结构的性能受多方面的不确定性因素和误差的影响,如结构的材料参数、载荷或几何参数等不确定性。为了确保结构在规定的使用环境和使用条件下,在给定的使用寿命期间和环境下有效地承受载荷而正常工作,对其进行必要的... 详细信息

在实际的工程应用中结构的性能受多方面的不确定性因素和误差的影响,如结构的材料参数、载荷或几何参数等不确定性。为了确保结构在规定的使用环境和使用条件下,在给定的使用寿命期间和环境下有效地承受载荷而正常工作,对其进行必要的可靠性分析显得尤为重要。为了建立合理的可靠性分析模型,确保可靠性分析结果的有效性,在结构分析的过程中必须采用合适的处理方法来处理这些不确定性因素。目前处理这类不确定性问题常用的方法可以分为概率可靠性分析与非概率可靠性分析,但是概率可靠性分析方法对于统计信息有较强的依赖,这与实际工程应用中可得数据的有限性矛盾,因此在一定程度上限制了该种方法的实际应用。而作为另一种分析方法,非概率可靠性分析方法恰好可以弥补这一不足。本学位论文首先以区间参数与未确知参数结构为研究对象,探索性研究了当结构参数和外载荷为区间变量或未确定变量时采用区间算法嵌入仿射算术的方法对结构进行非概率可靠性分析以及静力区间位移响应分析。其主要内容如下：(1)首先介绍了有关区间数学、区间有限元与仿射算法的基本理论,针对机械结构设计中关于不确定性参数统计较少的情况,将主要影响结构非概率可靠性分析的因素用区间变量来表达,建立一种新的结构分析的可靠性模型。(2)针对有限元分析求解过程中出现的区间扩张间题,分析了区间截断法、子区间摄动法、迭代法等几种求解区间有限元模型的方法,由于仿射算法具有限制区间扩张现象的优点,故在本文中最终采取将仿射算法引入到区间有限元中来求解有限元静力位移响应间题,并通过改变结构外载荷、材料参数的不确定度来确定结构所受外载荷以及材料参数不确定性对结构的可靠度的影响。(3)将仿射算术思想引入到非概率可靠性指标计算当中,并为了得到更高精度要求的结果,将区间逐步分离法与仿射算法相结合形成了基于仿射形式的区间逐步分离法,将该方法应用于工程算例,并将所得结果与采用其他方法所得结果对比分析验证了该方法的正确性,同时将本文提出的基于仿射形式的区间逐步分离法、区间算法、仿射算法分别应用于工程算例结果对比分析验证了该方法的优越性。

关键词：结构不确定性区间运算仿射算法区间有限元

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海洋—声学耦合过程不确定性快速预报

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声学学报 2017年第5期42卷 535-542页

作者：笪良龙崔宝龙过武宏赵建昕海军潜艇学院青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋军民融合联合实验室青岛266237

针对海洋声速空间非均匀和时变条件下的声场不确定性快速预报问题,根据海洋-声学耦合模式预报声速场时空变化过程,获取声速垂直结构不确定性分布规律,提出经验正交函数-随机多项式展开方法,以降低不确定参数维度,得到声场不确定性分布.... 详细信息

针对海洋声速空间非均匀和时变条件下的声场不确定性快速预报问题,根据海洋-声学耦合模式预报声速场时空变化过程,获取声速垂直结构不确定性分布规律,提出经验正交函数-随机多项式展开方法,以降低不确定参数维度,得到声场不确定性分布.数值计算表明该方法在保证同等精度的同时可大幅减少计算量,相比常规随机多项式展开方法计算效率可提高2个数量级,且计算量不随声速剖面复杂程度变化而改变.经海上实验验证,结果表明该方法可实现环境不确定性条件下的声场及其不确定性的快速预报。

关键词：结构不确定性模式预报耦合过程海洋声学随机多项式声速剖面经验正交函数

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以系统性机率模式鉴定量化与整合生命周期评估之不确定性

以系统性机率模式鉴定量化与整合生命周期评估之不确定性

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作者：罗时麒国立台湾大学

学位级别：博士

传统生命周期评估通常未进行不确定性量化分析，然而，缺少不确定性资讯，将无法了解评估结果的可靠度。不确定性资讯亦可提供决策者了解生命周期评估之限制，及作为决定是否增加数据收集或研究，以减低其不确定性；因此，发展生命周期... 详细信息

传统生命周期评估通常未进行不确定性量化分析，然而，缺少不确定性资讯，将无法了解评估结果的可靠度。不确定性资讯亦可提供决策者了解生命周期评估之限制，及作为决定是否增加数据收集或研究，以减低其不确定性；因此，发展生命周期评估之不确定性分析有其必要性。本研究之重点主要在发展系统性机率不确定性分析，研究目的区分为三层面，第一是监定生命周期评估不确定性之型式及来源，了解不确定性资讯之重要性；第二是发展机率不确定性分析，量化冲击评估模式之参数不确定性，以及结合专家判断资讯及适当新收集数据减低其不确定性；第三是进行不同型式不确定性之整合分析，比较结构不确定性(由不同决策及模式假设选择产生)与参数不确定性之相对重要性。本研究之主要贡献为建立系统性机率不确定性分析方法，以解决传统生命周期评估缺少不确定性资讯之缺点。研究方法以机率分析(蒙地卡罗模拟)为基础，分别结合敏感度分析、贝氏推论及整合分析架构等理论，有系统地监定、量化、减低及整合生命周期评估之不同型式不确定性。本研究以一般废弃物管理之生命周期评估为研究个案，选择温暖化潜势作为冲击类别之代表指标，评估不确定性对替代废弃物处理之影响。有关生命周期评估之不确定性分类，以定性分析区分为参数不确定性与变异性、模式不确定性、及情境(决策选择)不确定性等三类。在量化分析方面，以机率分析将传统生命周期评估转换成机率式模式，以量化不确定性。结果显示：机率模式较传统点估计方法，提供决策者更多不确定性资讯，如均值、标准偏差、完整机率分布等特征，可能与传统点估计方法形成不同之决策；此外，结合蒙地卡罗模拟与敏感度分析，以级相关系数监定不确定性贡献高之重要参数。结果显示：决策者可依两替代方案之评估结果机率分布之重叠大小，判断不确定性对生命周期评估结果之影响程度。其次，在不确定性减低方面，本研究以贝氏蒙地卡罗模拟更新重要参数及评估结果之不确定性，事后机率分布由各参数之事前机率分布与新收集数据之机率分布权重更新。结果显示：4个重要参数之事前机率分布(IPCC准则专家判断)结合新收集之统计及焚化场址特定数据贝氏更新后，其事后机率分布之变异系数(CV值)较事前机率分布呈现下降趋势，评估结果之总不确定性明显降低。在不同型式不确定性整合方面，本研究以结合树状架构与蒙地卡罗模拟，将决策与模式选择等结构不确定性整合至机率不确定性分析中，以衡量整合不同型式不确定性之合并效应及相对重要性。结果显示：结构不确定性之贡献确实可能影响评估结果，甚至造成评估结果逆转，因此，此法可监定不同型式不确定性对生命周期评估结果之影响，避免不完整之不确定性资讯造成错误决策。最后，本研究在考量不确定性下，进行废弃物管理决策之情境分析。结果显示：整合分析可提供替代方案评估结果之完整不确定性资讯，提升生命周期评估之应用。另外，针对系统性机率不确定性分析方法之应用原则，提供不确定性资讯之考量时机、型式与方法。

关键词：整合分析贝氏推论参数不确定性结构不确定性机率不确定性分析敏感度分析生命周期评估蒙地卡罗模拟

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网联车辆编队的鲁棒模型预测控制方法

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交通运输系统工程与信息 2022年第4期22卷 268-274页

作者：张佩瑜周建山田大新北京航空航天大学交通科学与工程学院北京102206 北京航空航天大学车路协同与安全控制北京市重点实验室北京102206

为研究一类带有结构不确定干扰的网联车辆编队控制问题,考虑结构扰动服从盒式不确定集约束情况,提出一种基于鲁棒对等变换的模型预测编队控制方法。首先,基于车辆运动学状态方程,对传统车辆编队控制模型进行描述;其次,在状态方程中引入... 详细信息

为研究一类带有结构不确定干扰的网联车辆编队控制问题,考虑结构扰动服从盒式不确定集约束情况,提出一种基于鲁棒对等变换的模型预测编队控制方法。首先,基于车辆运动学状态方程,对传统车辆编队控制模型进行描述;其次,在状态方程中引入仿射结构不确定矩阵,构建最小最大化范式下的网联车辆编队控制模型;然后,在盒式不确定集下,基于鲁棒对等理论将该模型转化为计算上易于处理的上图优化模型;最后,采用序列二次规划算法获得最优编队控制方案,并通过仿真实验将该控制方案与传统车辆编队控制方案进行对比,以此验证模型的有效性。结果表明:本文提出的最优编队控制方法能够抵御编队系统结构不确定干扰,在实现稳定编队目标的同时保障车辆的编队安全性。

关键词：智能交通车辆编队控制模型预测控制网联车鲁棒优化结构不确定性

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模型误差变化率有界的空间连接系统鲁棒性能分析

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自动化学报 2014年第10期40卷 2098-2107页

作者：刘华波周彤清华大学自动化系北京100084 青岛大学自动化工程学院青岛266071 清华信息科学与技术国家实验室北京100084 清华信息科学与技术国家实验室北京100084

针对具有时空不变名义模型的空间连接系统,讨论其存在有界、线性、时空变化和有结构性约束的模型误差时,取得鲁棒性能的条件.对于时间轴和空间轴,分别定义了算子的时间变化率和空间变化率,给出了系统取得鲁棒性能时该变化率的上界和下界... 详细信息

针对具有时空不变名义模型的空间连接系统,讨论其存在有界、线性、时空变化和有结构性约束的模型误差时,取得鲁棒性能的条件.对于时间轴和空间轴,分别定义了算子的时间变化率和空间变化率,给出了系统取得鲁棒性能时该变化率的上界和下界.研究表明,对于时间轴和空间轴上变化率满足一定条件、具有结构约束的有界模型误差,系统取得鲁棒性能的充分必要条件是存在频率域上的缩放矩阵(D标度),使得系统名义模型范数小于1.

关键词：空间连接系统鲁棒性能模型误差非因果性结构不确定性

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