基于滚轴支座基础智能隔震结构的非光滑控制方法与试验研究

发布时间：2020-09-08 16:18

　　本文将滚轴支座基础隔震结构作为受控结构研究对象,在该隔震结构的隔震层施加主动控制或者半主动控制装置,形成智能隔震体系。该智能隔震体系将被动控制和主动控制的优势相结合,以削弱整体结构的振动响应。本文基于该智能隔震结构,进行了如下的工作:(1)在智能隔震结构中引入非光滑控制算法,根据Lyapunov稳定理论,论证在非光滑控制下智能控制闭环系统的全局有限时间稳定性。在土木工程领域中引入非光滑控制算法,具有非常重要的实际意义。(2)结合非线性结构的特点,建立对应的状态空间方程。将该状态方程解耦成子系统,对子系统进行非光滑控制器的推导。非光滑控制方法最主要是确保闭环系统的有限时间和全局稳定,基于齐次性和Lyapunov定理,论证所构造的闭环系统的齐次度为负,即全局有限时间稳定。(3)基于非光滑控制器的设计过程,本文运用软件MATALB中的Simulink工作界面建立理想控制器控制下的非光滑主动控制仿真系统和LQG主动控制仿真系统,选择合理的系统参数,进行两种控制算法下结构地震响应控制的仿真分析,以验证非光滑控制只需要较少地反馈量,就能很好地抑制结构响应。在两种控制算法的主动控制仿真系统的基础上,引入磁流变阻尼器力学模型及其半主动控制算法,分别建立非光滑和LQG半主动智能控制仿真系统,仿真分析结果验证非光滑半主动智能控制系统相比LQG控制能通过更少的反馈量即能实现反馈控制,在两种控制算法控制力相当的情况下,非光滑半主动智能控制系统能更好地削弱受控结构响应,且其控制效果接近主动智能控制效果。(4)为了研究非光滑控制对磁流变智能隔震结构的控制效果,进行了滚轴支座基础隔震和磁流变智能隔震结构振动台试验。试验结果表明磁流变智能隔震系统对于结构振动响应的控制明显优于滚轴支座基础隔震结构。对于磁流变智能隔震系统的控制,非光滑控制效果优于LQG控制和普通隔震,且通过仿真分析和试验结果的比较,证实了非光滑控制算法的正确性和合理性。非光滑控制算法是简单有效一种控制算法,在航天、军事和机械等领域有了一定的研究成果,本文首先对非光滑控制算法进行了研究,其次设计研究了基于土木工程结构的采用较少反馈量的非光滑算法,并通过仿真建模分析和振动实验台试验分析,验证了所设计控制算法的有效性和正确性。
【学位单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.12
【部分图文】：

主动锚,索系,锚索,斜撑

广州大学硕士学位论文动控制的研究制是主要包括两个重要部分，即控制装置和控制算法。运用某种中，根据设置在结构上的传感器采集的状态信号，反馈于已经载算法，在某种控制算法模块中得出控制力，然后通过伺服系统将给受控结构，以削弱结构的振动响应，克服被动控制系统的局统中常用的控制装置有主动质量阻尼(ActiveMassDamper,AMD动锚索系统等[18,19]。为日本东京 KyobashiSeiwa 大楼，其顶层安装两个 AMD 装置，很好的控制效果。20 世纪 90 年代一次强台风袭击中，该建筑物近一半。欧进萍等[20]以 76 层 Benchmark 钢筋混凝土结构为研究控制方案的控制系统对风振的控制效果。AMD 能迅速对未知的抑制结构的振动，确保结构整体性能，具有良好的抗风性能以及价较高，受刚度灵敏度影响较大。

主动锚,索系,理论模型,实物

图 1-2 主动锚索系统实物及其理论模型图控结构的性能，主动控制系统提供合适的控制策略，能达到任意的大量的外部能源以实现预期控制效果。主动控制装置费用大，对若供电设备出现了故障，能源供给会受到影响，不利于控制系统领域中的，主动控制系统比不上被动控制系统的应用量和推广量主动控制的研究控制系统结合了被动控制和主动控制的特点，通过结构的振动响况反馈来调整控制装置的阻尼或刚度[13]，只需要部分能源调节被，以削弱结构的振动响应，能对受控结构实施可调的控制力。H受控结构的阻尼或者刚度的控制方法为控制技术发展的第二阶段力控制调节转为控制结构参数。刚度系统(AVS)和主动控制系统一样，能够依据外部激励扰动进行控制算法实时调节结构的参数，避免结构进入共振状态，达到削。日本鹿岛研究所的办公大楼首次采用了该半主动控制系统[22]，

构造图,鹿岛,办公大楼,系统控制

图 1-3 采用 AVS 系统控制的鹿岛研究所办公大楼有低功耗、反应快、高输出的特点，即可作为统，也可与控制算法相结合，对受控结构实施结构振动控制领域中热门控制装置，具有很好效应控制方面有着相应的研究[23]，图 1-4 为图 1-4 MR 阻尼器构造图系统，半主动控制系统结构提供了控制力可调控制只需要较少的能源就能维持控制系统的工到紧急情况失去供电来源时可切换为被动控制

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