日本结构控制的工程应用

提出了包括基础隔震系统、质量阻尼系统和其他阻尼器的结构振动控制系统,阐述了结构控制系统在日本的实际工程应用,同时还介绍了于2000年11月召开的第二届日本结构控制学术会议的情况.     

混合被动控制优化设计及性能研究

本文将调谐液体阻尼器(TLD)和黏弹性阻尼器(VED)同时作用于结构,构成混合被动控制系统。通过对两类阻尼器分别进行优化设计并考虑两者间的相互影响,在充分发挥两者各自优良控制性能的同时,克服了VED大量使用导致控制系统整体造价过高的问题。算例分析表明,混合控制可以得到令人满意的整体减震效果,同时大大节约了VED用量,提高了控制系统的综合经济性能。     

MRFD半主动控制系统的时滞与补偿

时滞与补偿是基于磁流变流体阻尼器（Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ　Ｄａｍｐｅｒ，简称ＭＲＦＤ）的半主动控制系统优化设计中的一个重要问题。本文对此进行了研究，并通过计算实例分析了时间滞后与补偿两种情况对控制系统性能的影响，结果表明，当时滞达到１．０ｓ时，ＭＲＦＤ半主动控制系统仍具有一定的控制效果，说明该半主动控制系统是可靠的，其性能要优于完全主动控制系统，并且对时滞补偿以后系统的控制效果得到明显的改善，说明本文所述的时滞补偿方法是有效的。     

MRFD半主动控制系统的时滞与补滞

时滞与补偿是基于磁流变流体阻尼器（Magnetorheological Fluid Damper,简称MRFD）的半主动控制系统优化设计中的一个重要问题。本文对此进行了研究，并通过计算实例分析了时间滞后与补偿两种情况对控制系统性能的影响，结果表明，当时滞达到1．0s时，MRFD半主动控制系统仍具有一定的控制效果，说明该半主动控制系统是可靠的，其性能要优于完全主动控制系统，并且对时滞补偿以后系统的控制效果得到明显的改善，说明本文所述的时滞补偿方法是有效的。     

可调频调液柱型阻尼器振动控制参数研究

本文介绍了建筑结构利用可调频调液柱型阻尼器减小结构振动的控制系统,由于增设了频率控制装置,增加了ＴＬＣＤ的应用范围,文中阐述了利用ＴＬＣＤ系统减振的基本原理,确定了有关的影响参数并介绍了建筑结构利用ＴＬＣＤ进行振动控制的计算方法。     

磁流变变阻尼半主动控制结构的仿真分析

由于高阶单步法已成功地应用于结构非线性分析及考虑时滞的主动控制等，显示了它的稳定、精度高和计算迅速等特点。用于结构振动控制的磁流变阻尼器属于速度相关型变阻尼半主动控制器，已有的一些算法，或因计算时间过长不能用于实际控制，或因需要事先经过学习训练，控制效果取决于训练学习的情况。因此，本文将高阶单步法应用于磁流变变阻尼半主动控制系统，采用开关控制和连续控制两种控制率对磁流变液的剪切强度进行调节。仿真计算表明，该控制算法是一种能用于结构实际控制的变阻尼有效算法.     

调谐质量摩擦系统参数优化的独立关联算法

利用屋盖作为被动调谐质量阻尼器（TMD）的质量块是解决TMD附加质量问题的一种较好的方案。再利用屋盖与其支承结构之间的干摩擦替代粘滞阻尼，可构成调谐质量摩擦系统，使控制系统更加经济简练。针对干摩擦的特点提出了独立优化刚度，再优化摩擦系数的算法。该算法适应有限元格式和实际工程设计。数值模拟证实了调谐质量摩擦系统的摩擦力对刚度最优值的影响较小，而刚度对摩擦最优值的影响较大、规律较差的事实，论证了在无摩擦得到的优化刚度可以直接用于摩擦力优化中，用此方法设计调谐质量摩擦系统几乎能够达到最优配置。     

基于H∞理论的磁流变阻尼器半主动容错控制

建筑结构的半主动控制系统中的传感器,在强震作用下可能因出现故障而影响控制效果。以磁流变阻尼器为例,研究半主动容错控制系统的设计方法。首先,研究了基于状态观测器的半主动H∞控制器设计方法,并将之应用到建筑结构采用磁流变阻尼器的减振控制中;运用改进Bouc-Wen模型,计算磁流变阻尼器的阻尼力,通过求解一个代数Riccati方程和一个状态观测方程,得出了基于状态观测器的H∞主动控制律;再对其采用Clipped-optimal方法实施半主动控制策略。然后,针对传感器故障,利用观测器组的输出残差对故障进行在线诊断,并通过几个观测器状态值的比较得到故障的大小,并据此对传感器的测量值进行修正,从而消除故障对闭环系统的影响,最终实现半主动H∞容错控制。仿真结果表明,该方法具有很好的容错控制效果。     

广畅国际大厦磁流变和粘滞阻尼器抗震分析

针对上海广畅国际大厦的抗震问题，通过对不同控制装置的优缺点和适用范围进行比较分析后，采用磁流变阻尼器和粘滞阻尼器相结合的方式，探讨了该结构在无控和安装控制装置后在地震作用下的动力响应和控制效果。文中通过建立结构的力学模型，首先分析了无控结构的动力特性；此后分析了无控结构以及安装磁流变阻尼器和粘滞阻尼器的结构在多遇地震以及罕遇地震作用下的动力响应。分析结果表明，采取磁流变阻尼器以及粘滞阻尼器相结合的方式，能够有效地控制该结构在地震作用下的响应。     

摆,油阻尼器减振的试验研究

高柔结构在地震或风荷载作用下会产生很大的振动，本文提出一种控制高柔结构振动的新方法－－摆、油阻尼器体系，并在振动台进行了模拟试验，结果表明：该方法可使结构振动位移幅值减小５０％，在试验中变换了体系的各有关参数，研究了摆长，质量比，碰击间隙对减振效果的影响，文中详细研究了油阻尼器的工作过程及减振机理，从理论上初步分析了摆，油阻尼器体系减振原因，提出了可供实际设计参考的方法和原则。     

基于MRF-04K阻尼器的结构减震控制模型试验研究

本文应用最近研制的MRF—04K阻尼器对一三层钢框架模型结构进行了结构减震控制模拟地震振动台试验研究,分别验证了在不同加速度幅值的三种典型的地震动激励下两种被动控制系统和三种半主动控制系统的有效性。试验结果表明,无论是被动控制系统还是半主动控制系统都能够使模型结构的地震反应得到显著的降低。其中顶层相对位移反应和绝对加速度反应的峰值减小了50％左右。且其均方根值减小了70％左右。同时,半主动控制系统能够充分利用MR阻尼器的性能,能够以较小的控制力实现理想的减震控制效果,从而展现了基于MRF—04K阻尼器的半主动控制系统的工程应用前景。     

高层建筑地震反应最优多重TLD控制

本文以坑层建筑地震反应进行了最优多重ＴＬＤ（ＭＴＬＤ）ｓ控制研究。文中阐述了ＴＬＤ系统的工作原理笔ＭＴＬＤｓ系统的参数；建立了多层结构－ＴＭＬＤｓ系统耦联体系的运动方程；分析了ＭＴＬＤｓ系统的参数对在谐波作用下多层结构动力反应的影响以及各参数之间的关系。     

TMD参数对高耸结构风振控制的影响

以电视塔为例，研究了被动TMD系统对高耸结构风振控制的效果和影响其控制效果的相应参数，然后对TMD参数进行了优化设计，得到了系统更加突出的控制效果。     

应用MBC策略的MRD 隔震结构半主动控制

磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)与隔震垫组成的半主动隔震系统能有效地改善被动隔震系统的性能,消除隔震层因过大变形产生的不利影响。基于市场机制的控制(Market-Based Control,MBC)策略是一种利用自由经济市场来模拟控制系统,用销售商和消费者来代替能量源系统和受控系统,并应用市场中商品的供需规律来完成系统控制能量的分配,实现对受控系统有效控制的策略。本文将MBC策略应用于此种半主动隔震系统,提出了相应的控制策略,实现对MRD电压的实时有效控制。算例分析表明,采用此策略能充分利用MRD的变阻尼特性,使结构振动控制效果显著。     

安装复合MR阻尼器的结构振动台试验研究

对不同控制策略下安装有复合MR(磁流变)阻尼器的模型结构进行了振动台试验研究.在El Centro地震动激励下,基于线性二次高斯(LQG)和广义预测(GP)两种控制算法,针对半主动控制系统、MR阻尼器以恒定电流(-0.5A(Passive-on 1)、0A(Passive-off)、2A(Passive-on 2)的控制系统,以及由半主动控制方式和基础隔震组合而成的混合控制系统,在WINCON/SIMULINK实时控制软件平台下对一个1:4的三层钢框架模型进行了地震模拟振动台试验.试验结果表明:基于复合MR阻尼器的控制系统是有效的,无论是被动控制、半主动控制还是混合控制,都显著降低了模型结构各层的加速度、位移响应;复合MR阻尼器在不通入电流时具有一定的被动控制效果;采用考虑时滞自补偿的广义预测控制效果要好于LQG控制,并且这两种控制策略的都能以较被动控制小的控制力达到较好的控制效果.     

高阶单步法控制MR智能隔震系统的试验研究

高阶单步法已成功地应用于结构非线性分析及考虑时滞的主动控制等，显示了它的稳定、精度高和计算迅速等特点。磁流变阻尼器是一种性能优良的智能阻尼器，它具有阻尼力可调范围宽、响应迅速且所需能量很少的特点。本文将磁流变（MR）阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合，采用高阶单步算法和两种控制策略对结构进行振动控制。数值模拟分析与振动台试验结果表明：由MR阻尼器提供可调阻尼力的智能隔震控制系统能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点，对较宽频域范围不同大小的地震激励均能提供最优控制。同时也表明该控制算法是一种能用于结构实际控制的变阻尼有效算法。     

土-结构动力相互作用对结构控制的影响

本文研究了土-结构动力相互作用对采取不同控制措施的结构控制效果的影响。文中首先建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)、半主动磁流变阻尼器(MR)和被动多重调谐质量阻尼器(MTMD)等三种结构控制措施在时域中的控制算法和控制律，然后基于子结构法，采用间接边界元方法，通过傅里叶变换，推导了分别安装三种结构控制措施的受控结构在频域中的运动方程，数值仿真分析了某36层高层建筑的地震反应及其控制效果。结果表明，当采用ATMD或MTMD控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有所减小；当采用MR控制时，考虑土-结构动力相互作用后结构地震反应有很大程度的减小。由此看来，在设计软土地基上高层结构的结构控制措施时，不考虑土-结构动力相互作用对结构控制效果的影响是偏于安全的。     

考虑土与结构相互作用效应的结构减震控制大型振型台模型试验研究

本文设计并完成了考虑土与结构相互作用的结构减震控制大型振动台模型试验，通过对四种结构形式的对比试验。探讨了土与结构相互作用（SSI）效应对结构地震反应的影响以及调谐质量阻尼器（TMD）在刚性和柔性地基条件下对主体结构的减震效应。通过比较同一地震动作用下主体结构在刚性和柔性两种地基条件下的地震反应，可知：SS效应具有降低和提高结构减震控制效果的双重作用，其综合效果与输入地震动的频谱特性，加速度峰值大小有关。由于SSI效应在结构地震反应中发挥着双重的作用，因而使得基于刚性地基假定了设计的TMD减震控制系统在柔性地基条件下的控制效果不太理想，甚至会出现负面效应。本文还探讨了在生地基条件下影响减震控制效果的一些因素。     

磁流变智能基础隔震系统研究

本文将磁流变(MR)阻尼器与普通橡胶隔震支座相结合,组成智能基础隔震系统应用到结构控制中。在详细介绍了系统的各部分与整体运行情况后,采用LQR经典线性最优控制算法对结构进行了振动台试验研究。试验结果表明,由MR阻尼器提供可调阻尼力的智能隔震控制系统,能有效克服被动隔震最优控制频带窄的缺点,对较宽频域范围地震激励能进行有效的振动控制。其相对一般被动隔震装置,能同时减小上部结构加速度和隔震层位移.     

液压阻尼控制系统（HDS）用于底层柔性结构减震的试验研究

本文对文献（１￣５）提出的液压质量控制系统改进了改进，提出了液压阻尼系统，通过振动台试验研究了其为底层柔性结构的减震控制，揭示了该控制系统的减振机理及其规律。