基于PSO-BP算法的铁路钢桥有限状态反馈鲁棒控制研究
发布时间：2021-06-28 16:39
铁路钢桥结构是铁路交通中的重要设施,其对当前愈加严峻的运输形势起着不可替代的缓解作用。然而,在各种不利激励作用下,铁路钢桥的振动与疲劳寿命问题日益突出,并因此影响到了其安全性和耐久性。因此,有必要采取理论成熟且减振效果优良的主动控制以抑制振动的响应,但是铁路钢桥结构构件粗大、自由度多的特点造成的不确定性导致大多数主动控制算法对铁路钢桥结构的减振效果并不理想,相对而言,鲁棒控制算法能够有效处理以上不确定性,然而一般的鲁棒主动控制算法都需要结构全状态反馈,在钢桥结构全自由度上布置传感器花费巨大且不切实际。所以,寻求有效的方法将鲁棒控制算法应用于铁路钢桥结构的减振中非常必要。针对以上存在的两个问题,本文提出利用BP神经网络以及粒子群优化两种智能算法预测结构的全状态响应,进而采用鲁棒H∞算法进行振动控制的研究,并在某铁路钢桥结构中进行了应用,本研究主要内容包含以下几个方面:（1）针对铁路钢桥标称系统的振动问题,引入具有鲁棒稳定性的线性状态H∞反馈控制方法,以该算法为理论基础,在提出不确定性参数的具体表达方式后,分析与推导出鲁棒H∞
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒塌的Hintze-Ribeiro大桥
着不可预测的损伤与破坏，其结果是我们人类的生命与财产安全等切身利益会受到强有力的侵害甚至剥夺。作为土木工程结构中的一种常见形式，铁路钢桥对于当前日益严峻的运输形势起着至关重要的作用，在我国铁路运输系统中其承担着交通枢纽的任务与角色，在各种不利自然激励作用以及大轴重和高速度的列车荷载作用下，钢桥结构的振动与疲劳问题逐渐显著，其影响的不仅仅是旅客和货物的安全性与完备性，更是对整个沿线的国民安全和经济利益构成了强有力的威胁。图 1-1 所示的葡萄牙 Hintze-Ribeiro 大桥因为疲劳倒塌而造成了 59 人死亡，图 1-2 中韩国圣水大桥因为车载超限导致桥梁成段垮塌，并因此造成 33 人死亡、17 人受伤。可以看出，对于一般的钢桥结构而言，因为疲劳和振动原因造成的人员伤亡和经济损失达到了非常惨重的程度，设想在国民经济及交通运输中占有重要地位的铁路钢桥结构如若在承受这些不良因素而发生倒塌后，其最终的代价将不可估量，所以如何保证铁路钢桥结构在不利作用下的安全性与耐久性以发挥其在交通运输中的地位及作用至关重要。
图 1-3 设置 AMD 的日本成和大厦 图 1-4 设置 AMD 的南京电视塔然而，相比于一般土木工程结构，铁路钢桥结构由于其粗大、自由度较多特点使得该种结构构件物理参数具有不确定性以及易变性，且在桥梁结构的理参数产生改变的情况下一般会导致结构自身振动响应的加强，而大多数主控制算法在应对物理参数变化的结构，其振动控制的效果并不理想。此外，于阻尼器实际性能及时滞等不确定性因素的影响，会进一步减弱主动控制的果。相对而言，鲁棒控制算法能够有效处理以上的不确定性，在面对物理参及控制力均发生变化的铁路钢桥结构，当其承受列车荷载及地震激励时，与般主动控制算法相比鲁棒控制能够更好地保证振动控制的效果。因此，研究结构参数和主动控制力不确定性具有较好抑制作用的鲁棒控制桥梁结构算法有重要意义。另外，主动控制技术一般需要结构的全状态反馈得以实现，作为主动算法重要组成部分，一般鲁棒控制算法对于结构全状态的需求也是必不可少的，而实际工程中的铁路钢桥结构其自由度都比较多，在结构全部自由度上布置
【参考文献】：
期刊论文
[1]机敏约束层阻尼H∞混合灵敏度控制研究[J]. 王攀,廖海辰,邓兆祥,鲁俊,王正亚. 振动与冲击. 2016(23)
[2]偏心结构基于LMI的鲁棒H∞控制[J]. 李志军,刘园园,王社良,顾致平. 振动.测试与诊断. 2014(05)
[3]基于神经网络的结构振动智能主动容错控制算法研究[J]. 雷永勤,杜永峰. 振动与冲击. 2014(13)
[4]基于状态观测器的带分布参数体系地震响应控制[J]. 刘彦辉,杜永峰,周福霖,谭平,闫维明. 计算力学学报. 2011(05)
[5]基于状态观测器的结构振动预测控制[J]. 刘彦辉,谭平,周福霖,杜永峰,闫维明. 沈阳工业大学学报. 2011(04)
[6]斜拉桥-EMD系统智能模型及控制仿真研究[J]. 何敏,王建国. 系统仿真学报. 2010(07)
[7]不确定性AMD系统的鲁棒控制器设计研究[J]. 霍林生,李宏男,宋钢兵. 武汉理工大学学报. 2010(09)
[8]均匀设计在粒子群算法参数设定中的应用[J]. 江善和,王其申,江巨浪. 控制工程. 2010(02)
[9]漂浮型斜拉桥主梁列车制动响应的鲁棒控制[J]. 刘嘉,瞿伟廉,涂建维. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(11)
[10]具有状态观测器的鲁棒重复控制系统设计[J]. 周兰,吴敏,佘锦华,何勇. 控制理论与应用. 2009(09)
博士论文
[1]高层建筑结构智能振动控制与优化研究[D]. 童少伟.西南交通大学 2016
[2]大跨度桥梁颤振及涡激振动主动控制[D]. 喻梅.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]AMD控制系统状态构建与鲁棒控制器设计[D]. 陈朝骏.哈尔滨工业大学 2015
[2]铁路钢桥节点焊缝区域疲劳寿命评估与延寿控制的研究[D]. 张润昌.武汉理工大学 2015
[3]基于MRE减震结构的智能控制算法研究[D]. 刘苗苗.南京理工大学 2015
[4]基于神经网络的结构振动预测控制研究[D]. 韩亚伟.天津大学 2003
本文编号：3254677
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：110 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
倒塌的Hintze-Ribeiro大桥
着不可预测的损伤与破坏，其结果是我们人类的生命与财产安全等切身利益会受到强有力的侵害甚至剥夺。作为土木工程结构中的一种常见形式，铁路钢桥对于当前日益严峻的运输形势起着至关重要的作用，在我国铁路运输系统中其承担着交通枢纽的任务与角色，在各种不利自然激励作用以及大轴重和高速度的列车荷载作用下，钢桥结构的振动与疲劳问题逐渐显著，其影响的不仅仅是旅客和货物的安全性与完备性，更是对整个沿线的国民安全和经济利益构成了强有力的威胁。图 1-1 所示的葡萄牙 Hintze-Ribeiro 大桥因为疲劳倒塌而造成了 59 人死亡，图 1-2 中韩国圣水大桥因为车载超限导致桥梁成段垮塌，并因此造成 33 人死亡、17 人受伤。可以看出，对于一般的钢桥结构而言，因为疲劳和振动原因造成的人员伤亡和经济损失达到了非常惨重的程度，设想在国民经济及交通运输中占有重要地位的铁路钢桥结构如若在承受这些不良因素而发生倒塌后，其最终的代价将不可估量，所以如何保证铁路钢桥结构在不利作用下的安全性与耐久性以发挥其在交通运输中的地位及作用至关重要。
图 1-3 设置 AMD 的日本成和大厦 图 1-4 设置 AMD 的南京电视塔然而，相比于一般土木工程结构，铁路钢桥结构由于其粗大、自由度较多特点使得该种结构构件物理参数具有不确定性以及易变性，且在桥梁结构的理参数产生改变的情况下一般会导致结构自身振动响应的加强，而大多数主控制算法在应对物理参数变化的结构，其振动控制的效果并不理想。此外，于阻尼器实际性能及时滞等不确定性因素的影响，会进一步减弱主动控制的果。相对而言，鲁棒控制算法能够有效处理以上的不确定性，在面对物理参及控制力均发生变化的铁路钢桥结构，当其承受列车荷载及地震激励时，与般主动控制算法相比鲁棒控制能够更好地保证振动控制的效果。因此，研究结构参数和主动控制力不确定性具有较好抑制作用的鲁棒控制桥梁结构算法有重要意义。另外，主动控制技术一般需要结构的全状态反馈得以实现，作为主动算法重要组成部分，一般鲁棒控制算法对于结构全状态的需求也是必不可少的，而实际工程中的铁路钢桥结构其自由度都比较多，在结构全部自由度上布置
【参考文献】：
期刊论文
[1]机敏约束层阻尼H∞混合灵敏度控制研究[J]. 王攀,廖海辰,邓兆祥,鲁俊,王正亚. 振动与冲击. 2016(23)
[2]偏心结构基于LMI的鲁棒H∞控制[J]. 李志军,刘园园,王社良,顾致平. 振动.测试与诊断. 2014(05)
[3]基于神经网络的结构振动智能主动容错控制算法研究[J]. 雷永勤,杜永峰. 振动与冲击. 2014(13)
[4]基于状态观测器的带分布参数体系地震响应控制[J]. 刘彦辉,杜永峰,周福霖,谭平,闫维明. 计算力学学报. 2011(05)
[5]基于状态观测器的结构振动预测控制[J]. 刘彦辉,谭平,周福霖,杜永峰,闫维明. 沈阳工业大学学报. 2011(04)
[6]斜拉桥-EMD系统智能模型及控制仿真研究[J]. 何敏,王建国. 系统仿真学报. 2010(07)
[7]不确定性AMD系统的鲁棒控制器设计研究[J]. 霍林生,李宏男,宋钢兵. 武汉理工大学学报. 2010(09)
[8]均匀设计在粒子群算法参数设定中的应用[J]. 江善和,王其申,江巨浪. 控制工程. 2010(02)
[9]漂浮型斜拉桥主梁列车制动响应的鲁棒控制[J]. 刘嘉,瞿伟廉,涂建维. 华中科技大学学报(自然科学版). 2009(11)
[10]具有状态观测器的鲁棒重复控制系统设计[J]. 周兰,吴敏,佘锦华,何勇. 控制理论与应用. 2009(09)
博士论文
[1]高层建筑结构智能振动控制与优化研究[D]. 童少伟.西南交通大学 2016
[2]大跨度桥梁颤振及涡激振动主动控制[D]. 喻梅.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]AMD控制系统状态构建与鲁棒控制器设计[D]. 陈朝骏.哈尔滨工业大学 2015
[2]铁路钢桥节点焊缝区域疲劳寿命评估与延寿控制的研究[D]. 张润昌.武汉理工大学 2015
[3]基于MRE减震结构的智能控制算法研究[D]. 刘苗苗.南京理工大学 2015
[4]基于神经网络的结构振动预测控制研究[D]. 韩亚伟.天津大学 2003
本文编号：3254677
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