Suspension bridges are critical to urban transportation, but those in earthquake-prone areas face unique challenges. In the event of a moderate or strong earthquake, conventional linear theory-based approaches for detecting bridge damage become inadequate. This study presents an efficient method for identifying damage in suspension bridges using time history nonlinear inelastic analysis. A practical advanced analysis program is employed to model cable-supported bridges with low computational cost, generating a dataset for four hybrid models: PSO-DT, PSO-RF, PSO-XGB, and PSO-CGB. These models combine decision tree (DT), random forest (RF), extreme gradient boosting (XGB), and categorical gradient boosting (CGB) with particle swarm optimization (PSO) to capture nonlinear correlations between displacement response and damage. Principal component analysis reduces dataset dimensions, and PSO selects the optimal model. A numerical case study of a suspension bridge under simulated earthquake conditions identifies PSO-XGB as the best model for predicting stiffness reduction. The results demonstrate the method's robustness for nonlinear damage detection in suspension bridges under earthquake excitation.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제1권3호
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pp.289-300
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2003
In this paper, we introduce an identification method in Fuzzy Relation-based Fuzzy Neural Networks (FRFNN) through a hybrid identification algorithm. The proposed FRFNN modeling implement system structure and parameter identification in the efficient form of "If...., then... " statements, and exploit the theory of system optimization and fuzzy rules. The FRFNN modeling and identification environment realizes parameter identification through a synergistic usage of genetic optimization and complex search method. The hybrid identification algorithm is carried out by combining both genetic optimization and the improved complex method in order to guarantee both global optimization and local convergence. An aggregate objective function with a weighting factor is introduced to achieve a sound balance between approximation and generalization of the model. The proposed model is experimented with using two nonlinear data. The obtained experimental results reveal that the proposed networks exhibit high accuracy and generalization capabilities in comparison to other models.er models.
Thieu, Thao Nguyen;Yang, Hyung-Jeong;Vu, Tien Duong;Kim, Sun-Hee
International Journal of Contents
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제12권3호
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pp.22-28
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2016
Tensor with missing or incomplete values is a ubiquitous problem in various fields such as biomedical signal processing, image processing, and social network analysis. In this paper, we considered how to reconstruct a dataset with missing values by using tensor form which is called tensor completion process. We applied Tucker factorization to solve tensor completion which was built base on optimization problem. We formulated the optimization objective function using components of Tucker model after decomposing. The weighted least square matric contained only known values of the tensor with low rank in its modes. A first order optimization method, namely Nonlinear Conjugated Gradient, was applied to solve the optimization problem. We demonstrated the effectiveness of the proposed method in EEG signals with about 70% missing entries compared to other algorithms. The relative error was proposed to compare the difference between original tensor and the process output.
In the present paper an analytical model was developed to study the non-linear vibrations of Functionally Graded Carbon Nanotube (FG-CNT) reinforced doubly-curved shallow shells using the Multiple Scales Method (MSM). The nonlinear partial differential equations of motion are based on the FGM shallow shell hypothesis, the non-linear geometric Von-Karman relationships, and the Galerkin method to reduce the partial differential equations associated with simply supported boundary conditions. The novelty of the present model is the simultaneous prediction of the natural frequencies and their mode shapes versus different curvatures (cylindrical, spherical, conical, and plate) and the different types of FG-CNTs. In addition to combining the vibration analysis with optimization algorithms based on the genetic algorithm, a design optimization methode was developed to maximize the natural frequencies. By considering the expression of the non-dimensional frequency as an objective optimization function, a genetic algorithm program was developed by valuing the mechanical properties, the geometric properties and the FG-CNT configuration of shallow double curvature shells. The results obtained show that the curvature, the volume fraction and the types of NTC distribution have considerable effects on the variation of the Dimensionless Fundamental Linear Frequency (DFLF). The frequency response of the shallow shells of the FG-CNTRC showed two types of nonlinear hardening and softening which are strongly influenced by the change in the fundamental vibration mode. In GA optimization, the mechanical properties and geometric properties in the transverse direction, the volume fraction, and types of distribution of CNTs have a considerable effect on the fundamental frequencies of shallow double-curvature shells. Where the difference between optimized and not optimized DFLF can reach 13.26%.
In photovoltaic(PV) generator systems, DC-DC converters are significantly considered for control system performance in power quality point of view. This paper presents a novel adaptive control method for DC-DC converters applied in PV generator systems. First, we derive a state-space average model of the converter system and then propose a reset control methodology to enhance transient response performance for time-varying PV systems. For estimating parameters of a reset control, a gradient descent optimization is utilized and an adjustment rule of them are derived respectively. An objective of the optimization is that characteristic equation of an augmented system model which is formed with an converter system model and an reset control is to trace a predefined polynomial given as a reference characteristic model. Next, we accomplish stability analysis by means of a well-known Lyapunov theory for nonlinear converter systems including time-varying voltage excitation from a PV generator. Numerical simulation demonstrates reliability of our control methodology and its superiority by comparison to a traditional control strategy.
The Black-Scholes (BS) option pricing model is a landmark in contingent claim theory and has found wide acceptance in financial markets. However, it has a difficulty in the use of the model, because the volatility which is a nonlinear function of the other parameters must be estimated. The more accurately investors are able to estimate this value, the more accurate their estimates of theoretical option values will be. This paper proposes a new model which is based on Particle Swarm Optimization (PSO) for finding more precise theoretical values of options in the field of evolutionary computation (EC) than genetic algorithm (GA)or calculus-based search techniques to find estimates of the implied volatility.
Motivated by the emergency scheduling in a transportation network, this paper considers a transportation problem, in which, the truck times and transportation costs are assumed as uncertain variables. To meet the demand in the practical applications, two optimization objectives are considered, one is the total costs and another is the completion times. And then, a multi-objective optimization model is developed according to the situation in applications. Because there are commensurability and conflicting between the two objectives commonly, a solution does not necessarily exist that is best with respective to the two objectives. Therefore, the problem is reduced to a single objective model, which is an uncertain programming with a chance-constrain. After some analysis, its equivalent deterministic form is obtained, which is a nonlinear programming. Based on a stepwise optimization strategy, a solution method is developed to solve the problem. Finally, the computational results are provided to demonstrate the effectiveness of our model and algorithm.
A novel integrated optimization method is proposed to combine both generation and transmission line expansion problem considering bus voltage limit. Most of the existing researches on the combined generation and transmission expansion planning cannot consider bus voltages and reactive power flow limits because they are mostly based on the DC power flow model. In this paper the AC power flow model and nonlinear constraints related to reactive power are simplified and modified to improve the computation time and convergence. The proposed method has been successfully applied to Garver's six-bus system which is one of the most frequently used small scale sample systems to verify the transmission expansion method.
This paper presents intelligent digital redesign method of global approach for hybrid state space fuzzy-model-based controllers. For effectiveness and stabilization of continuous-time uncertain nonlinear systems under discrete-time controller, Takagi-Sugeno(TS) fuzzy model is used to represent the complex system. And global approach design problems viewed as a convex optimization problem that we minimize the error of the norm bounds between nonlinearly interpolated linear operators to be matched. Also by using the power series, we analyzed nonlinear system's uncertain parts more precisely. When a sampling period is sufficiently small, the conversion of a continuous-time structured uncertain nonlinear system to an equivalent discrete -time system have proper reason. Sufficiently conditions for the global state -matching of the digitally controlled system are formulated in terms of linear matrix inequalities (LMls). Finally, we prove the effectiveness and stabilization of the proposed intelligent digital redesign method by applying the chaotic Lorentz system.
In this paper, the optimization design module for the brake system of a vehicle is developed. As using this module, design variables, that minimize an object function and satisfy nonlinear constraint conditions, can be found easily. Before an optimization is operated, Plackett-Burman design, one of the factorial design methods, is used to choose the design variables which affect a response function significantly. Using the response surface analysis, second order recursive model function, which informs a relation between design variables and response function, is estimated. In order to verify the reliability of the model function, analysis of variances(ANOVA) table is used. The value of design variables which minimize the model function and satisfy the constraint conditions is predicted through Sequential Quadratic-Programming (SQP) method. As applying the above procedure to a real vehicle simulation model and comparing the values of object functions of a current and optimized system, the optimization results are verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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