【正文】 測控制中，反饋校正的形式是多種多樣的，既可以在采用的預(yù)測模型基礎(chǔ)上對預(yù)測模型值加以補(bǔ)償，也可以根據(jù)在線辨識原理直接修改預(yù)測模型，因此預(yù)測控制中不僅基于模型，而且利用了反饋信息，因此預(yù)測控制是一種閉環(huán)優(yōu)化控制算法。因此，在預(yù)測控制中，通過輸出的預(yù)測量值與模型的預(yù)估值進(jìn)行比較，得出模型的預(yù)測誤差，再利用模型的預(yù)測誤差來校正模型的預(yù)測值，從而得到更為準(zhǔn)確的預(yù)測輸出值。 (3)反饋校正 在預(yù)測控制算法中，采用預(yù)測模型進(jìn)行過程輸出值的預(yù)估只是一種理想方式。在求出 ()nY k i+ 以后，在參考軌跡 ()rY k i+ 給定的情況下，可由式 (1)求出控制向量 u(k)。若采用閉環(huán)預(yù)測，則有 ： [ ]( ) ( ) ( ) ( ) ( 1 , 2 , 3 )n m mY k i Y k i Y k Y k i n+ = + + = (3) 式中 ： 圖 1 參考軌跡與最優(yōu)控制 交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 11 頁 ()Yk——k 時刻對象的實際輸出值 ； ()mY k i+ —— k+i 時刻的模型輸出值 ； ()mYk—— k 時刻的模型輸出值。 由于各種干擾和計算誤差的影響，使得對象的實際輸出 ()Yk i+ 一般不可能與參考軌跡 ()rY k i+ 完全重合。對于當(dāng)前 k 時刻的優(yōu)化問題，就是要確定從 k 時刻起的一組 M 個控制變量 (或控制增量 )： [ ]( ) ( ) , ( 1 ) , , ( 1 ) TU k U k U k U k M= + + + (1) 使在未來 ( M nN＃ )時刻的輸出預(yù)測 ， ()nY k i+ 與期望輸出 ()rY k i+的方差為最小 (參見圖 1)，即 ： [ ]21 ( ) ( )n n n iiM inJ M in Y k i Y k i w== + + ?229。這種局部的有限時域的優(yōu)化目標(biāo)，雖然只能得到 全局的次優(yōu)解，但由于這種優(yōu)化過程是在線反復(fù)進(jìn)行的，而且能更為及時地校正因模型失配、時變、干擾等引起的不確定性，始終把優(yōu)化過程建立在從實際過程中獲得的最新信息基礎(chǔ)之上，因此，只要預(yù)測范圍選擇合適，可以使控制保持實際上的最優(yōu)。預(yù)測控制中的優(yōu)化不是一次離線完成的，而是反復(fù)在線完成的，即每一采樣時刻，優(yōu)化性能指標(biāo)只涉及該時刻起到未來有限的時刻，而到下一個采樣時刻，這一優(yōu)化時段會同時向前推移，因此，預(yù)測控制不是用一個對全局相同的性能優(yōu)化指標(biāo)，而是每一時刻都有一個相對于該時刻的局部性能優(yōu)化指標(biāo)。預(yù)測模型要能夠正確反映輸入 —輸出的動態(tài)因果關(guān)系 ： 而且建模表達(dá)形式要盡可能簡便。預(yù)測模型應(yīng)具有預(yù)測功能，即能夠根據(jù)系統(tǒng)的歷史信息和選定的未來控制輸入，預(yù)測系統(tǒng)的未來輸出值。預(yù)測控制法的算法機(jī)理可以用預(yù)測模型、滾動優(yōu)化、反饋矯正等三個要素來表征 ，這三個要素反映了預(yù)測控制的本質(zhì)特征。而且預(yù)測控制算法采用的是不斷在線滾動優(yōu)化，且在優(yōu)化的過程中不斷的通過實測系統(tǒng)輸出與期望模型輸出的誤差進(jìn)行反饋校正，所以能在一定程度上克服由于預(yù)測模型誤差和某些不確定性干擾的影響，使系統(tǒng)的 預(yù)測 性得到增強(qiáng)。 預(yù)測控制方法 預(yù)測控制 (Predictive Control)最早是 RICHALET 等人于 1978 年提出并在 80 年代初興起的一種控制算法。而對于那些被控對象參數(shù)已知定常或變化較小甚至可以忽略的系統(tǒng)，一般采用常規(guī)反饋控制、模型匹配控制或最優(yōu)控制的方 法，便可以得到較為滿意的控制效果。與開環(huán)控制方式不同，在性能指標(biāo)的閉環(huán)控制中，還要獲取實際性能與預(yù)定性能之間的偏差信息，將其反饋后修改可調(diào)控制器，直到實際性能達(dá)到或接近預(yù)定性能為止。 性能指標(biāo)的控制 性能指標(biāo)的控制可分為開環(huán)控制方式和閉環(huán)控制方式兩種，若與過程動態(tài)相關(guān)聯(lián)的輔助變量可測，而且此輔助變量與可調(diào)控制器參數(shù)之間的關(guān)系又可根據(jù) 物理學(xué)知識和經(jīng)驗導(dǎo)出，這時就可通過此輔助變量直接調(diào)整可調(diào)控制器，以達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)。 可調(diào)控制器 可調(diào)控制器是指它的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或信號可以根據(jù)性能指標(biāo)要求進(jìn)行自動調(diào)整。為此可用系統(tǒng)辨識的方法在線辨識受控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，直接累積過程信息 ； 也可以通過量測能夠反映過程狀態(tài)的某些輔助變量，間接累積過程信息。然后根據(jù)所得的過程信息，按照一定的設(shè)計方法，作出控制決策去更新控制器的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或控制作用，以便在某種意義下使控制效果達(dá)到最優(yōu)或次最優(yōu)，或達(dá)到某個項目預(yù)期的目標(biāo)。一般來講，一個自適應(yīng)系統(tǒng)是一個具有一定適應(yīng)能力的系統(tǒng)，它能夠認(rèn)識環(huán)境 條件的變化 (如負(fù)荷變化，風(fēng)、雨等氣候條件的變化等 )并自動校正控制動作，使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)或接近最優(yōu)的控制效果。它是在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，通過系統(tǒng)識別或參數(shù)估計，不斷地修正參數(shù)，使設(shè)計輸出與實際輸出相符，從而實現(xiàn)對目標(biāo)系統(tǒng)的控制。無論施工過程如何，總是要以最終橋梁成型狀態(tài)作為目標(biāo)狀態(tài)，以此來控制各施工塊件的預(yù)拋高值 (立模標(biāo)高 )。與斜拉橋不同，連續(xù)橋 梁 在梁段澆筑完成以后出現(xiàn)的誤差，除張拉預(yù)備預(yù)應(yīng)力 束 外，基本上沒有調(diào)整的余地，而只能針對己有誤差在下一未澆筑梁段的立模標(biāo)高上做出必要的調(diào)整。大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 通常采用懸臂澆筑這種典型的自架設(shè)施工方法。 交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 7 頁 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 是一施工 → 量測 → 識別 → 修正 → 預(yù)告 → 施工的循環(huán)過程，其實質(zhì)就是使施工按照預(yù)定的理想狀態(tài)順利推進(jìn)。最大寬容法是指在設(shè)計時給予主梁標(biāo)高和內(nèi)力最大的寬容度，即誤差的容許值。自適應(yīng)控制法的基本思路是當(dāng)結(jié) 構(gòu)的實測狀態(tài)與模型計算結(jié)果不符時，通過將誤差輸入到參數(shù)識別算法中去調(diào)節(jié)計算模型參數(shù)，使模型的輸出結(jié)果與實測結(jié)果一致，得到修正的計算模型參數(shù)后，重新計算各施工階段的理想狀態(tài)。而預(yù)測控制法則是在全面考慮影響橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的各種因素和施工所要達(dá)到的目標(biāo)后，對結(jié)構(gòu)的每一個施工階段 (節(jié)段 )形成前后的狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，使施工沿著預(yù)定的狀態(tài)進(jìn)行?？偟膩碇v，橋梁施工控制可分為事后控制法、預(yù)測控制法、自適應(yīng)控制法、最大寬容法等。由于結(jié)構(gòu)型式不同，直接影響施工安全的因素也不一樣，在施工控制中需根據(jù)實際情況，確定其安全控制的重點。 (四 )安全控制 橋梁施工過程中的安全控制是橋梁施工控制的重要內(nèi)容，只有保證了施工過程中安全，才談得上其它 項目的監(jiān)控 與橋梁的 竣工 。對施工過程中可能出現(xiàn)的失穩(wěn)現(xiàn)象還沒有可靠的監(jiān)測手段，尤其是隨著橋梁跨徑的增長，受動荷載或突發(fā)情況的影響，還沒有交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 6 頁 建立有效、成熟的快速反應(yīng)系統(tǒng)，因此，很難保證橋梁的施工安全。因此，橋梁施工過程中不僅要嚴(yán)格控制變形和應(yīng)力，而且要嚴(yán)格地控制施工各階段結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部和整體穩(wěn)定。世界上曾經(jīng)有不少橋梁在施工過程中由于失穩(wěn)而導(dǎo)致全橋破壞的例子， 最典型的為加拿大魁北克 (Quebec)橋。目前對應(yīng)力控制的項目和精度還沒有明確的規(guī)定，需根據(jù)實際情況確定。結(jié)構(gòu)應(yīng)力控制的好壞不像變形控制那樣容易發(fā)現(xiàn)，若應(yīng)力控制不 好 將會給結(jié)構(gòu)造成 損 害，嚴(yán)重者將發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，所以，它比線形控制顯得更加重要。 (二 )應(yīng)力 監(jiān)控 橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中以及在成橋狀態(tài)的受力情況是否與設(shè)計相符是施工 監(jiān)控 要明確的重要問題。橋梁施工控制中的幾何控制總目標(biāo)就是達(dá)到設(shè)計的幾何狀態(tài)要求，最終結(jié)果的誤差容許值與橋梁的規(guī)模、跨徑的大小、技術(shù)難度等有關(guān)，目前還沒有統(tǒng)一的規(guī)定，應(yīng)根據(jù)具體橋梁的施工控制需要具體確定。橋梁施工 監(jiān)控 的內(nèi)容圍繞施工任務(wù)而展開，總體上講，橋梁施工 監(jiān)控 的具體內(nèi)容有以下幾個方面 ： (一 )幾何變形 監(jiān)控 不論采用什么樣的施工方法，橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中總要產(chǎn)生變形(撓曲 )，并且結(jié)構(gòu)的變形將受到諸多因素的影響，極易使橋梁結(jié)構(gòu)在施工過程中的實際位置 (立面標(biāo)高、平面位置 )偏離預(yù)期狀態(tài)，使橋梁難以交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 5 頁 順利合 龍 ，或成橋線形形狀與設(shè)計要求不符，所以必須對橋梁實施控制，使其結(jié)構(gòu)在施工中的實際位置與預(yù)期狀態(tài)之間的誤差在容許范圍和成橋線形 狀態(tài)符合設(shè)計要求。 施工 監(jiān)控 的內(nèi)容 對于分節(jié)段懸臂澆筑施工的預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù) T 型剛構(gòu) 橋來說，施工 監(jiān)控 就是根據(jù)施工監(jiān)測所得的結(jié)構(gòu)參數(shù)實測值進(jìn)行施工階段計算，確定出每個懸澆節(jié) 段 的立模標(biāo)高，并在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果進(jìn)行誤差分析、預(yù)測和對下一節(jié)段立模標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，以此來保證成橋后橋面線形、合 龍 段兩懸臂端標(biāo)高的相對偏差不大于規(guī)定值以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)符合設(shè)計要求 。 施工 監(jiān)控 的目的 施工 監(jiān)控 的目的，就是 要 根據(jù)實際的施工工序，以及現(xiàn)場獲取的參數(shù)和數(shù)據(jù)，對橋跨結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時理論分析和結(jié)構(gòu)驗算；對每一施工階段，根據(jù)分析驗算結(jié)果給出其 節(jié)段 梁 塊 的 立模標(biāo)高 (每階段施工梁 塊 高度設(shè)計值 +位移值 )等施工 控制參數(shù)，分析施工誤差狀態(tài)，采用應(yīng)力預(yù)警體系對施工狀態(tài)進(jìn)行安全度評價和災(zāi)害預(yù)警。交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 4 頁 在每一工況返回結(jié)構(gòu)的量測數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和判斷，以了解已存在的誤差，并同時進(jìn)行誤差原因分析。已建成的橋梁中就出現(xiàn)過施工控制不好，造成橋梁內(nèi)力分配不合理、主梁線形不 平 順的情況，影響了橋梁的 正常 使用。特別是采用 滿堂支架 施工 技術(shù)的大跨度橋梁，施工中的不合理誤差狀態(tài)如不能及時地加以識別和處理，主梁的應(yīng)力有可能發(fā)生積聚而超出設(shè)計安全狀態(tài)發(fā)生施工事故。尤其值得注意的是，某些偏差 (如主梁的豎向撓度誤差 )具有累積特性。如何通過施工時的澆筑過程的控制以及 調(diào)整 立模 標(biāo)高來獲得預(yù)先設(shè)計的 理想 應(yīng)力狀態(tài)和幾何線型，是連續(xù) 橋梁 施工中非常關(guān)鍵 的問題。 交通主干線道路 連續(xù) T 型剛構(gòu)橋 施工監(jiān)控方案 石家莊鐵道大學(xué) 第 2 頁 2 方案編制 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范 [1]《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》 (JTG B01－ 2020)； [2]《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》 (JTG D60－ 2020)； [3]《公 路鋼筋混凝土及 預(yù)應(yīng)力混凝土