Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ исследования устойчивости башенных кранов к случайным ветровым воздействиям 10
1.1 Обзор научных работ, посвященных исследованиям ветровых воздействий 10
1.2 Анализ нормативных документов по расчёту грузоподъёмных кранов на воздействие ветра 14
1.3 Обзор существующих приборов и устройств безопасности для контроля устойчивости башенных кранов 18
1.4 Цель и задачи исследования 30
2 Спектральный анализ случайного воздействия ветра на башенные краны 34
2.1 Характеристики ветрового воздействия 34
2.2 Динамическое воздействие ветра на башенные краны 39
2.3 Методы спектрального анализа случайных воздействий 42
2.4 Расчёт энергетических спектров ветрового воздействия 45
2.4.1 Расчёты энергетических спектров для полных реализаций.. 46
2.4.2 Расчёты энергетических спектров для отдельных фрагментов реализации с порывами 49
2.4.3 Расчёты энергетических спектров для усреднённых реализаций с порывами 60
Выводы
3 Исследование резонансных явлений в металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом воздействии ветра 79
3.1 Порядок исследования воздействия ветра на башенные краны 79
3.2 Модальный анализ конструкций 81
3.3 Расчёт собственных частот металлоконструкции башенных кранов 82
3.4 Анализ резонансных явлений в металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом воздействии ветра 93
Выводы 100
4 Способ и система обеспечения динамической устойчивости башенных кранов 101
4.1 Принципы обеспечения устойчивости башенных кранов от опрокидывания 101
4.2 Способ обеспечения устойчивости башенных кранов 103
4.3 Система обеспечения устойчивости башенных кранов 106
4.4 Разработка нейросетевой модели 108
4.5 Разработка алгоритма управления с упреждением 130
Выводы 143
Заключение 145
Список литературы 147
- Анализ нормативных документов по расчёту грузоподъёмных кранов на воздействие ветра
- Расчёты энергетических спектров для отдельных фрагментов реализации с порывами
- Анализ резонансных явлений в металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом воздействии ветра
- Система обеспечения устойчивости башенных кранов
Введение к работе
Актуальность темы. При эксплуатации башенных кранов главным критерием является обеспечение безопасности за счет сохранения их устойчивости при неблагоприятных внешних воздействиях. Одной из причин падений башенных кранов является переменное по амплитуде и частоте случайное динамическое ветровое воздействие. Среди нагрузок, действующих на башенные краны, преобладающей является ветровая нагрузка. Ветровая нагрузка зависит от наветренной площади конструкции и скорости ветра. Процесс изменения скорости ветра характеризуется средним значением скорости – статической составляющей, и порывами – динамической составляющей. Ветровое воздействие представляет собой случайный процесс. Порывы, возникающие со случайной повторяемостью с различной энергией, увеличивают опрокидывающий момент и вызывают дополнительное нагружение металлоконструкций башенных кранов. Поэтому обеспечение устойчивости башенных кранов при действии случайных динамических ветровых нагрузок является актуальным.
Объектами исследования являются передвижные рельсовые и стационарные опорные башенные краны с балочной стрелой с поворотной и неповоротной башней, а предметом исследования – анализ устойчивости башенных кранов при случайных динамических ветровых воздействиях.
Цель работы заключается в обеспечении безопасной эксплуатации башенных кранов при случайных динамических ветровых воздействиях на основе учета их спектрального состава и применения нейросетевых алгоритмов.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:
- провести анализ существующих приборов и устройств безопасности
для контроля устойчивости башенных кранов;
- выполнить исследование случайного динамического воздействия
ветра на основе спектрального анализа;
выполнить исследование резонансных явлений в металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом воздействии ветра;
разработать способ и систему обеспечения устойчивости башенных кранов на основе нейросетевых и логических алгоритмов.
Методы исследования. В работе использованы основные положения теории устойчивости грузоподъемных кранов, методы теории случайных процессов и цифровой обработки сигналов, модальный анализ на основе метода конечных элементов, методы теории искусственных нейронных сетей и автоматического управления. Для расчетов применялись программные комплексы ANSYS и MATLAB, программирование производилось в среде CoDeSys, блок-схемы оформлены в Microsoft Visio.
Научные положения, выносимые на защиту:
- результаты спектрального анализа случайного динамического
воздействия ветра;
- рекомендации для исключения резонансных явлений в
металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом
воздействии ветра;
- метод обеспечения устойчивости башенных кранов на основе
нейросетевых и логических алгоритмов.
Научная новизна диссертации заключается в учете спектрального состава случайных динамических ветровых воздействий при оценке устойчивости башенных кранов и исключении влияния резонансных явлений.
Достоверность полученных результатов подтверждается
корректным использованием положений теории устойчивости грузоподъемных кранов, адекватностью разработанных моделей реальным процессам.
Практическая ценность работы состоит в том, что предложенные технические решения:
обеспечивают устойчивость башенных кранов при динамических ветровых воздействиях;
повышают уровень безопасности за счет сокращения аварий башенных кранов, вызванных динамическим воздействием ветра;
позволяют сократить затраты на ликвидацию последствий от аварий башенных кранов;
- позволяют использовать методику исключения резонанса при
проектировании башенных кранов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Путевые, строительные машины и робототехнические комплексы» Московского государственного университета путей сообщения; на 16, 17 и 18-й Московской международной межвузовской научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы» 2012, 2013, 2014 г.г.; на 13 научно-практической конференции «Безопасность движения поездов» МИИТ 2012 г.; на 3-й Всероссийской научно-технической конференции «Инновационное развитие образования, науки и технологий» ТугГУ 2012г.; на 17-й очно-заочной Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения» ТулГУ 2012 г.; на 5 и 6-й Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России» МГТУ им. Н.Э. Баумана 2012, 2013 г.г.
Работа коллектива авторов в составе: Мишин А.В., Хряков K.C., Чан Дык Хиеу «Метод и технические средства управления динамической устойчивостью стационарных башенных кранов» участвовала в 12-й Всероссийской выставке научно-технического творческого молодежи
«НТТМ-2012» , проходящей на ВВЦ 26 – 29 июня 2012 года. Работа отмечена золотой медалью выставки.
Работа коллектива авторов в составе: Хряков K.C., Мишин А.В. «Способ обеспечения устойчивости башенных кранов от опрокидывания» участвовала в 13-й Всероссийской выставке научно-технического творческого молодежи «НТТМ-2013», проходящей на ВВЦ 25 – 28 июня 2013 года. Работа отмечена грантом второй степени.
Работа коллектива автора в составе: Мишин А.В., Хряков К.С., Колесников К.В. «Обеспечение устойчивости башенных кранов» участвовала в 14-й Всероссийской выставке научно-технического творческого молодежи «НТТМ-2014», проходящей на ВДНХ 24 – 27 июня 2014 года. Работа отмечена медалью «Лауреат ВВЦ».
Диссертация выполнена при поддержке гранта РФФИ «офи_м_РЖД», тема № 12-08-131248/12.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 8 статей, 4 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК, 10 тезисов докладов. Получено решение о выдаче патента РФ № 2012153943, подана заявка на патент РФ № 2012153944.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, содержит 12 таблиц, 74 рисунка и библиографию из 96 наименований. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения и списка использованных источников.
Анализ нормативных документов по расчёту грузоподъёмных кранов на воздействие ветра
Отечественная методика расчёта сооружений на ветровое воздействие была разработана в 70-х годах в ЦНИИСК им. Кучеренко с использованием работ А. Давенпорта и А. Вайза и отражена в СНиП II-6-74. Были изданы следующие труды и нормативные документы [2, 3, 4, 5, 11, 18, 20, 21, 36, 46, 66, 64, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 76, 95, 94, 93, 96]. Учёт ветровой нагрузки необходим при расчёте зданий и сооружений, в том числе линий электропередач, мостов, электростанций, дымовых труб, параболических антенн, транспортных объектов, а также грузоподъёмных кранов. Расчёт грузоподъёмных кранов на воздействие ветра производится по [20]. При динамической постановке расчёта ветровой нагрузки приняты следующие допущения: коэффициент аэродинамического сопротивления сооружения принят постоянным по всей высоте конструкции и не зависит от её гибкости и скорости потока, не учитывается интерференция соседних сооружений и дополнительное воздействие от срывных потоков, спектр пульсаций скорости ветра принят постоянным по высоте конструкции и рассчитан по усреднённым значениям скоростей ветра.
Приведём некоторые положения нормативных документов, регламентирующих расчет ветровой нагрузки на грузоподъёмные краны.
Согласно [20] ветровую нагрузку, действующую на кран различают для рабочего и нерабочего состояний. За нагрузку рабочего состояния принимают предельную нагрузку от ветра, при которой кран способен выполнять рабочие операции при номинальном грузе. Нагрузку рабочего состояния учитывают при расчете металлоконструкций на прочность, мощностей двигателей, при выборе тормозов, а также при расчете грузовой устойчивости. Ветровая нагрузка нерабочего состояния - предельная нагрузка, действующая на кран, на которую должны быть рассчитаны элементы крана. Её учитывают при расчёте металлоконструкций на прочность, при выборе противоугонных захватов и при расчете собственной устойчивости.
Ветровая нагрузка на кран должна быть определена как сумма статической и динамической составляющих.
Статическая составляющая, соответствующая установившейся скорости ветра, должна быть учтена во всех случаях.
Динамическая составляющая, вызываемая пульсацией скорости ветра, должна быть учтена только при расчете на прочность металлических конструкций и при проверке устойчивости кранов против опрокидывания.
Распределенную ветровую нагрузку р на единицу расчётной площади элемента конструкции или груза в данной зоне высоты следует определять по формуле: р = q к с п, где q - динамическое давление ветра; к - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте; с - коэффициент аэродинамической силы; п - коэффициент перегрузки. Динамическое давление ветра q связано с плотностью воздуха р и его средней скоростью v формулой: p-v2 где р = 1,225 кг/м3; v - средняя скорость ветра. Статическую составляющую ветровой нагрузки F, действующей на элемент конструкции или на груз, следует определять по формуле: F = р-А, где А - расчётная площадь элемента или груза. Динамическую составляющую ветровой нагрузки на строительные башенные краны следует определять по [63], в остальных случаях - по нормам проектирования кранов данного типа. При установке кранов в районах с резко выраженным рельефом местности, в горных ущельях, каньонах рек, на вершинах возвышенностей и в малоизученных районах допускается определять значение динамического давления по скорости ветра, принимаемой по данным Гидрометеорологической службы на высоте 10 м над поверхностью земли (при двухминутном интервале осреднения), превышаемой в среднем один раз в 5 лет. В случае, если район установки крана точно неизвестен, динамическое давление допускается принимать равным 450 Па. Для нерабочего состояния динамическое давление и скорость ветра принято определять в зависимости от ветрового района согласно карте районирования.
Для рабочего состояния динамическое давление и скорость ветра на высоте 10 м над поверхностью земли определяются в зависимости от назначения крана (вне зависимости от района установки).
Если предельная ветровая нагрузка, действующая на груз или элементы крана, ограничена условиями безопасности ведения работ или технологией выполнения перегрузочных или монтажных операций, то допускается принимать значение динамического давления в соответствии с техническим заданием на проектирование крана, но не ниже 50 Па.
Все коэффициенты и расчётную площадь груза следует определять по рекомендуемому приложению [20].
По [63] вводят в расчёт случайные составляющие действующих нагрузок - от веса груза, от динамических нагрузок при работе механизмов поворота, подъёма и передвижений, от ветровой нагрузки на кран и груз.
Среднеквадратическое отклонение ветровой нагрузки (динамическая составляющая, вызванная пульсациями скорости ветра и действующая в месте приложения нормативной ветровой нагрузки) Sw должно определяться по формуле: Sw=mn-%- WH, где WH- нормативная составляющая нагрузки; тп- коэффициент пульсации ветра, принимаемый в зависимости от высоты расположения опорного шарнира стрелы над поверхностью земли; f - коэффициент динамичности, принимаемый для стационарных, самоподъемных и приставных кранов, в зависимости от периода свободных колебаний. Значения коэффициентов приводятся в таблицах [63]. Среднеквадратическое отклонение случайной составляющей ветровой нагрузки на груз должно приниматься равным 0,1 от нормативной ветровой нагрузки на груз. Отметим, за рубежом приняты следующие нормативные документы по назначению ветровых нагрузок на грузоподъемные краны ISO 4302-1981, EN 14439.
Расчёты энергетических спектров для отдельных фрагментов реализации с порывами
Далее рассмотрены фрагменты реализаций с наибольшими амплитудами пульсаций скорости ветра с учётом переходных периодов. С одной стороны, отдельные порывы и совокупность следующих друг за другом порывов вызывают дополнительный динамический момент, который влияет на устойчивость башенных кранов. С другой стороны, частотный состав порывов, обусловленный динамическим характером ветра, вносит вклад в колебания металлоконструкции башенных кранов.
Сначала рассмотрен частотный состав реализации, зафиксированной 04.06.2010 г. Результаты представлены на рисунках 2.7, 2.8. В этом случае рассмотрены несколько порывов, следующих друг за другом. Из графиков видно, основные амплитуды пульсаций распределены в области до /пор = 0,12-0,20 Гц.
Результаты обработки фрагментов реализаций, зафиксированных 11.05.2010 г. и 25.08.2010 г., поясняются на рисунках 2.9, 2.10. Преобладающие энергосодержащие порывы сосредоточены в области до /пор = 0,11 — 0,17 Гц.
На данном этапе учитывались несколько подряд возникающих пульсаций скоростей ветра порядка 10 - 15.
Следующим этапом было рассмотрение более коротких фрагментов, где количество порывов составляет около 5. Результаты приведены на рисунках 2.11 - 2.16. В этом случае энергоёмкие порывы сосредоточены в частотной области до /пор = 0,21 - 0,35 Гц.При рассмотрении более коротких фрагментов записи скорости ветра максимум энергии порывов ветра смещается в сторону увеличения частот энергетического спектра, так как рассматриваются только интересующие нас порывы. При таком подходе не происходит эффекта сглаживания. Расчёты для коротких фрагментов проведены с помощью алгоритма БПФ, который обеспечивает достаточную точность (для выборок менее 1000 значений) для анализа превалирующих частотных компонентов.
Для оценки динамического воздействия ветровых нагрузок следует рассматривать короткие фрагменты реализаций, в которых сосредоточены порывы, вызванные резким изменением скорости ветра. Поэтому продолжим исследование совокупности энергетически интенсивных порывов, частотный состав которых нас интересует.
Для интегральной оценки частотного состава случайного процесса ветрового воздействия необходимо рассматривать не отдельные реализации, а усреднённые реализации, найденные по множеству реализаций.
На рисунках 2.17 - 2.19 представлены СПМ усреднённых порывов, найденных по множеству реализаций. На графиках в частотном диапазоне /пор = 0-0,5 Гц отчётливо видны характерные максимумы энергии колебаний скорости ветра.
Анализ резонансных явлений в металлоконструкции башенных кранов при случайном динамическом воздействии ветра
Разрушение или опрокидывание башенного крана из-за возрастающей амплитуды вынужденных колебаний возможно при воздействии только совокупности порывов, т.к. они содержат частоты близкие или совпадающие с собственными частотами башенного крана. Одиночный порыв и порывы, возникающие через длительный интервал времени, не способны вызвать значительных колебаний конструкции даже на резонансных частотах из-за того, что отклик конструкции успевает затухнуть.
Металлоконструкция башенного крана обладает характерным динамическим свойством - спектром собственных частот. Возникающие порывы, обладающие случайным характером, состоят из характерных частот. При близком расположении частот порывов и собственных частот возникают интенсивные колебания.
Некоторые частоты пульсаций энергетического спектра (/пор 0,1 Гц) не попадают в область резонансных частот. Другие (/пор 0,1 Гц) - попадают и способны вызвать вынужденные колебания. Это справедливо т.к. вычисленная низшая собственная частота /с = 0,126 - 0,130 Гц. По энергетическим спектрам видно, что основная доля энергии порывов сосредоточена в частотном диапазоне /пор = 0,1 - 1,0 Гц, хотя бывают и составляющие /пор = 2 Гц и /пор = 3 Гц. Т.к. по таблицам 3.2 - 3.4 и рисункам 3.5 - 3.8 собственные частоты отличаются незначительно (доли процента), то сравним значения собственных частот одного из столбцов таблицы 3.2 с пиковыми частотами порывов различных энергетических спектров (таблица 3.6).
По выполненным расчётам энергетических спектров и спектров собственных частот можно сделать вывод, что возможны случаи попадания частот пульсаций ветра в области резонансных собственных частот металлоконструкции башенного крана. По вычисленным собственным формам генерируются вынужденные незатухающие колебания, которые увеличивают возможность опрокидывания или разрушения башенного крана.
На основе проведённых исследований и результатов работы [15] необходимо разработать систему обеспечения устойчивости башенных кранов для исключения резонанса на основе проведённого спектрального анализа ветрового воздействия.
Возможны три варианта решения проблемы резонансных явлений.
Первый вариант заключается в отстройке собственных частот от частот пульсаций. Собственная частота конструкции зависит от её массы и жёсткости. Масса конструкции - постоянная величина, а жёсткость зависит от расположения тележки на стреле. В предыдущем пункте показано, что перемещение грузовой тележки с грузом по стреле слабо влияет на спектр собственных частот. Но при определённом соотношении массы груза и массы металлоконструкции (mrp = тмк) при соблюдении критериев прочности и жесткости металлоконструкции, можно изменять собственные частоты путём изменения вылета крюка. Получено решение о выдачи патента РФ по заявке № 2012153943 на способ обеспечения устойчивости башенных кранов и устройство для его реализации. Способ и устройство разработаны для башенных кранов с балочной стрелой с поворотной и неповоротной башней.
На рисунке 3.9 представлена структурная схема устройства, реализующая предлагаемый способ, где 1 - программируемый логический контроллер (далее ПЛК), формирующий команды управления, установлен в шкафу управления на башенном кране; 2 - панель оператора, установленная в кабине управления, служит для настройки и диагностики системы, мониторинга, индикации и архивации контролируемых параметров; 3 - анализатор спектра необходим для получения оценок спектров воздействий и расположен в шкафу управления; 4 -система сбора данных, служащая для передачи регистрируемых параметров в анализатор спектра, установлена в шкафу управления; 5 - датчик скорости ветра установлен на наивысшей отметке башенного крана; 6 - привод изменения вылета установлен, в зависимости от конструкции башенного крана, либо на поворотной платформе, либо на стреле.
Перед началом эксплуатации башенного крана в память ПЛК (1) записывают значения собственных частот колебаний металлоконструкции башенного крана, полученные предварительно из модального анализа. Оценка спектрального состава случайного ветрового воздействия на металлоконструкцию крана производится с помощью анализатора спектра реального времени на основе регистрируемых значений датчика скорости ветра (5). В штатном режиме при отсутствии в спектрах нагружений, определенных анализатором спектра, опасных частот на панели оператора (2) выводится сообщение о нормальном режиме работы. При приближении одной из частот собственных колебаний к одной из частот ветрового воздействия из полосы резонанса, происходит регистрация события об аварийной ситуации на карту памяти ПЛК (1) с резервной копией на карту памяти панели оператора (2), далее выводится индикация на панели оператора (2), включается сирена, и ПЛК (1) на основе алгоритма формирует сигнал для приведения в действие противоугонных захватов (для передвижных башенных кранов), а также сигнал, поступающий на привод изменения вылета (6), для изменения жёсткости металлоконструкции, в результате изменяя собственные частоты колебаний металлоконструкции башенного крана.
По результатам работы [15] частоты собственных колебаний можно изменить путём варьирования высоты подъёма крюковой обоймы. Т.к. частоты пульсаций скорости ветра попадают в области собственных частот, то на первый взгляд кажется очевидным избежание резонанса путём изменения высоты подъёма крюковой обоймы. В пределах собственных частот возникают частоты порывов, опасные для устойчивости, и при этом частотный состав порывов отличается (таблица 3.5). Если изменять высоту подъёма крюковой обоймы, то это не гарантирует отстройку частот, т.к. возможно попадание другой частоты порывов в область другой собственной частоты (таблица 3.5). К тому же изменение высоты подъёма крюковой подвески вызывает незначительные изменения собственных частот на десятые доли Гц [15], что исключает отстройку от частот пульсаций и является неэффективным средством. Другим ограничением является возможность силового воздействия крюковой обоймы о возводимый объект при уменьшении высоты подъёма в случае нахождения стрелы над строящимся объектом. Второй вариант заключается в разработке системы контроля вынужденных колебаний, которая состоит из группы датчиков вибрации, устройства нормализации и преобразования сигнала, устройства фильтрации, регистратора данных с функцией «сухого контакта» (рисунок 3.10). Некоторые современные производители предлагают регистратор со встроенными функциями нормализации, преобразования и фильтрации сигнала.
Система обеспечения устойчивости башенных кранов
Разработка системы обеспечения устойчивости башенных кранов основана на применении методов искусственного интеллекта.
В настоящее время известно множество технологий искусственного интеллекта: нечёткая логика, экспертные системы, искусственные нейронные сети (далее ИНС), гибридные сети, ассоциативная память. Сравнительный анализ существующих технологий искусственного интеллекта представлен в [31].
Система обеспечения устойчивости состоит из подсистемы сбора информации, подсистемы нейросетевого прогнозирования и подсистемы управления приводами (рисунок 4.2). Подсистема сбора информации состоит из датчиков скорости ветра, положения стрелы, высоты подъёма, вылеты крюка, которые имеются в существующем ОГП. Дополнительно, башенный кран необходимо оснастить датчиком направления ветра.
Подсистема нейросетевого прогнозирования представляет собой плату расширения (нейроускоритель) с нейросетевым алгоритмом. Плата расширения подключается к ПЛК. Вместо ПЛК возможно использовать промышленный компьютер (ПК).
Подсистема управления реализуется на базе ПЛК.
В ПЛК заложен алгоритм заблаговременного управления приводами (поворота и/или изменения вылета) башенного крана и предназначен для выдачи сигнала управления на основе нейросетевой модели, программа которой записана в память платы расширения, и регистрируемых значениях датчиков. В ПЛК предусмотрена блокировка, исключающая возможное столкновение крюковой подвески о возводимый объект при экстренном повороте стрелы. Поэтому при необходимости подсистема управления обеспечивает управление приводом изменения вылета.
Для обеспечения устойчивого положения башенных кранов при усилении скорости ветра необходима отработка системы управления приводом поворота стрелы по направлению будущего порыва ветра. При этом невозможно обеспечивать поворот мгновенно из-за упруго-диссипативных и инерционных свойств металлоконструкции. Достаточным условием безопасности является выдача подсистемой нейросетевого прогнозирования сигнала управления и его обработки подсистемой управления приводами для срабатывания привода поворота и/или привода изменения вылета до возникновения критического опрокидывающего момента, увеличение которого обусловлено действием порывов ветра. За счёт этого при повороте наветренная площадь башенного крана уменьшается, что ведёт к снижению давления от ветровой нагрузки, которая будет действовать в следующие моменты времени.
Сформулируем требования к системе обеспечения устойчивости башенных кранов. Система обеспечения устойчивости башенных кранов должна обеспечить:
- сбор информации о параметрах ветра (скорость и направление) и о параметрах башенного крана (угловое положение стрелы, высота подъёма и вылет крюка) с установленной по протоколу обмена частотой опроса; - прогнозирование опасных порывов ветра;
- оповещение крановщика и персонала строительной площадки об экстренном переводе башенного крана в безопасное положение;
- перевод башенного крана в безопасное положение.
При соблюдении этих требований у крановщика и персонала строительной площадки есть дополнительное время для эвакуации.
Для обеспечения устойчивости башенных кранов в алгоритме управления необходимо обеспечить прогнозирование ветровых нагрузок. Сравнительный анализ моделей прогнозирования приведён в [86]. В качестве аппарата реализации прогнозирования ветровых нагрузок выбраны ИНС, выбор которых обусловлен рядом особенностей, как ветровых нагрузок, так и самих ИНС.
ИНС - математическая модель, построенная по принципу организации и функционирования биологических нейронных сетей [31, 37, 38, 41, 77, 85, 91].
Преимуществами ИНС являются: способность устанавливать нелинейные зависимости между входными и выходными значениями (возможность работы с информацией со скрытыми закономерностями), параллельная обработка данных, работа с массивами неполных и зашумленных данных, возможность работы с неформализованными или трудно формализуемыми задачами (отсутствие необходимости в строгом математическом описании), устойчивость к частым и резким изменениям внешних факторов, способность к обучению и дообучения в процессе работы ИНС и следствие этого - способность к обобщению результата на новых данных (не встречавшихся ранее). Необходимо отметить, суть обучения заключается в корректировке весовых коэффициентов сети для достижения требуемого результата по одному из методов обучения.
К недостаткам ИНС следует отнести: отсутствие доступа пользователя к последовательности нелинейных преобразований, что отрицательно влияет на настройку сети, сложность выбора архитектуры и метода обучения сети.
Нейронные сети классифицируют на два типа: статические (без обратных связей и линий задержек) и динамические (с обратными связями и/или линиями задержек). Для целей прогнозирования используют динамическую ИНС, т.к. обладает эффектом памяти (по аналогии с триггером или интегральным регулятором).
Для прогнозирования необходимо обладать значительным массивом данных, мгновенные значения которого измерены с фиксированным шагом, либо значения которого усреднены на некотором фиксированном интервале. Кроме этого важен порядок подачи сигналов на входы ИНС, количество начальных значений, из которых будут формироваться прогноз, и время упреждения, т.е. число прогнозных значений.
