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。     

地震作用下大跨度连续梁桥半主动变阻尼控制研究

利用半主动变阻尼控制装置开展连续梁桥结构在纵向地震波作用下的振动控制研究,通过建立桥梁结构-半主动变阻尼系统力学模型和运动微分方程,进行不同地震波激励下,连续梁桥关键部位在无控?半主动变阻尼控制和主动控制下的响应值分析计算,其中最优控制力采用LQR算法确定,半主动变阻尼控制采用限界Hrovat最优控制算法。计算结果表明:半主动变阻尼控制与主动控制的控制效果接近,两者均起到了良好的减震作用,而其中半主动变阻尼控制所需能量少?设施经济可靠,是一种良好的结构减震控制方法。     

基于AFSMC算法的结构非线性振动MR控制与仿真分析

作为最近发展起来的高性能半主动控制装置,磁流变阻尼器通过改变磁场强度来调节控制力,可靠度高,体积小,出力大,并且具有Fail-Safe的特点,是一种具有广泛应用前景的新型结构控制装置。本文主要研究结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。首先采用我们提出的自适应模糊滑模控制(AFSMC)算法得到了结构非线性振动的主动控制力,然后参照主动控制力,提出和仿真实现了结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。最后,针对3层和20层benchm ark非线性模型,每层均设置一个磁流变阻尼器,对在给定的地震动下的结构响应进行了计算,分析了半主动控制跟踪主动控制的效果,并且对于半主动控制下的结构位移响应、加速度响应等各项指标也进行了对比分析。仿真结果表明,由于自适应模糊滑模控制算法与半主动控制算法相结合可以很好地实现结构非线性振动的半主动控制,所以能够得到令人满意的控制结果。     

结构磁流变阻尼半主动控制的改进算法与仿真分析

基于线性二次型最优控制理论,结合磁流变阻尼器装置的出力特点,提出了结构磁流变阻尼半主动控制的两种改进算法：以速度负反馈渐进逼近主动最优的界限滑动半主动控制算法和基于结构响应状态组合反馈的界限开关半主动控制算法。首先给出了采用磁流变阻尼器装置控制结构振动的系统框图,然后结合一个三层Benchmark模型,仿真分析其在多种地震输入工况下,LQR、磁流变阻尼两种半自动和两种被动控制下的控制效果,最后给出了Benchmark评价指标。     

基于瞬时最优算法的磁流变阻尼隔震结构半主动控制

采用瞬时最优控制算法，对附加了磁流变阻尼器的多自由度隔震结构进行了半主动控制的数值模拟。首先，将被动隔震装置——叠层钢板橡胶垫与磁流变阻尼器相结合，形成磁流变智能隔震系统。其次，根据瞬时最优控制算法的基本原理，针对磁流变阻尼器的特点，建立与之相适应的半主动控制算法。最后，以六层隔震结构为例，进行数值分析。比较了被动与半主动控制的结构反应，并得到较好的控制效果。     

桥墩-梁体系横向半主动变阻尼控制研究

针对桥梁横桥向抗震条件相对较差的情况,提出利用变阻尼控制装置对典型桥梁结构横向振动进行控制的方法,探讨其基于LQR算法的半主动控制效果.将被控结构作为多自由度体系,建立了结构-变阻尼系统力学模型和运动微分方程,进而结合实例利用 Matlab软件仿真分析了各种半主动控制算法和被动控制策略的控制效果.研究结果表明:采用半主动变阻尼控制装置有效的降低了桥梁结构横向地震反应,控制效果明显.     

变阻尼半主动结构振动台试验

在一个1：4的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制振动台试验,在结构的底层安装了一个溢流阀式变阻尼控制器,输入几种不同的地震动并采用几种不同的控制算法对结构进行了变阻尼半主动控制,振动台试验结果表明,变阻尼半主动结构控制仅需要很少的电能,就可以达到较好的控制效果,是一种很有效的前景的结构振动控制方案,结合溢流阀式变阻尼控制器的特点,分析了一些因素对控制效果的影响。     

变阻尼半主动结构控制振动台试验

在一个１：４的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制振动台试验．在结构的底层安装了一个溢流阀式变阻尼控制器,输入几种不同的地震动并采用几种不同的控制算法对结构进行了变阻尼半主动控制。振动台试验结果表明,受阻尼半主动结构控制仅需要很少的电能,就可以达到较好的控制效果,是一种很有应用前景的结构振动控制方案。结合溢流阀式变阻尼控制器的特点,分析了一些因素对控制效果的影响．     

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。     

飞机航电设备的半主动磁流变控制

本文提出一种新的航电设备减振控制策略,采用半主动磁流变阻尼器与小阻尼柔性橡胶支座来取代目前采用高阻尼刚性橡胶支座的方法,以降低对航电设备的耐振要求,增强飞机飞行的安全性。本文建立了航电设备减振控制的两自由度刚体平-扭耦联模型,荷载激励考虑了基底平动与转动加速度。磁流变阻尼器的半主动控制算法选用限幅最优控制算法,主控制器为H2/LQG控制器,并采用一种加速度反馈的控制策略。针对目前的被动控制方案,本文研究了支座阻尼对减振控制效果的影响。为了得到最优的半主动控制效果,本文对控制器的权矩阵进行了参数优化分析。文中针对一系列工况详细比较了本文所提出的半主动控制策略与目前被动控制策略的减振控制效果。仿真分析结果表明,磁流变阻尼器可以非常有效地减小航电设备的动力反应,新的减振控制策略远优于现有的被动控制方案。     

ER智能材料在结构振动控制中的应用

ＥＲ智能材料是一种可控流体,它能在电场的作用下可从牛顿流体变为剪切屈服应力较高的粘塑性体,且这种转变连续,可逆,迅速,因此,可用它来制作可调阻尼器,实现对工程结构风振和地震反应半主动控制,本文在简要地介绍了ＥＲ智能材料电流变效应的基本原理和影响因素之后,建立了适用于土木工程结构控制用的二种类型的ＥＲ可调阻尼器的工作原理和力学模型,并在介绍了ＥＲ可控阻尼器对工程结构风振和地震反应半主动控制的实施原则     

台湾某钢框架大楼采用阻尼器补强结构减震效果评析

阻尼器是一种效果良好的减震装置,将阻尼器安装于结构中能够适时为结构体系提供阻尼力,从而减小地震作用对结构的破坏。黏滞阻尼器对振动的反应比较敏感,在结构受到较小振动时就可以发挥其减震效果,其阻尼力会随着振动周期和使用状态温度的不同而变化。当地震发生时,安装在结构中的阻尼器会消减地震作用,降低传导到主结构体系的地震能量,减小结构相对位移。本文介绍了黏滞阻尼器的工作原理和安装有黏滞阻尼器的结构体系的阻尼比的计算方法,对减震结构的减震效果的评析方法做出探讨,并以一安装有黏滞阻尼器的台湾某既有钢框架结构为例,分析了(1)该结构在遭受地震作用时的地震反应;(2)该结构体系在不同地震作用水平时的阻尼比,包括主体结构阻尼比和黏滞阻尼器阻尼比;(3)结构安装黏滞阻尼器后的减震效果。实例对本文的减震评析方法和减震效果进行了说明和分析,计算及分析结果表明利用黏滞阻尼器加固既有结构能够取得较好的减震效果,本文所提减震效果评析方法是一种实用有效的评析方法,对类似工程的减震评析具有一定的参考价值。     

工程结构地震响应模糊半主动控制

提出了使用MR阻尼器（Magnetorheological Damper）作为控制设备,模糊集为基础的半主动控制算法,并运用提出的算法对土木工程结构地震响应进行了振动控制分析.本文方法的优势在于算法自身的鲁棒性、处理非线性问题的能力和不需要结构的精确数学模型,算法需要的输入变量少,可以解决实际工程中结构响应信息难以测量的困难.模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压,控制器的计算非常简单且易于在工程中实现.本文以一个3层框架结构为算例,分析了本文算法与前人研究算法的异同.数值结果表明,本文提出的模糊半主动控制具有较高的效率,可以减小需要的控制力,充分使用了MR阻尼器的输入电压可以调节的功能,使MR阻尼器的功能得到了更好的发挥.     

Trust-region based instantaneous optimal semi-active control of long-span spatially extended structures with MRF-04K damper

In the field of civil engineering, magnetorheological fluid （MRF） damper-based semi-active control systems have received considerable attention for use in protecting structures from natural hazards such as strong earthquakes and high winds. In this paper, the MRF damper-based semi-active control system is applied to a long-span spatially extended structure and its feasibility is discussed. Meanwhile, a _trust-region method based instantaneous optimal semi-active control algorithm （TIOC） is proposed to improve the performance of the semi-active control system in a multiple damper situation. The proposed TIOC describes the control process as a bounded constraint optimization problem, in which an optimal semi- active control force vector is solved by the trust-region method in every control step to minimize the structural responses. A numerical example of a railway station roof structure installed with MRF-04K dampers is presented. First, a modified Bouc- Wen model is utilized to describe the behavior of the selected MRF-04K damper. Then, two semi-active control systems, including the well-known clipped-optimal controller and the proposed TIOC controller, are considered. Based on the characteristics of the long-span spatially extended structure, the performance of the control system is evaluated under uniform earthquake excitation and travelling-wave excitation with different apparent velocities. The simulation results indicate that the MR fluid damper-based semi-active control systems have the potential to mitigate the responses of full-scale long-span spatially extended structures under earthquake hazards. The superiority of the proposed TIOC controller is demonstrated by comparing its control effectiveness with the clipped-optimal controller for several different cases.     

半主动控制装置在受控结构中的优化设置

本文对振动控制系统中控制装置的优化设置方法进行了研究,并将其应用于基于磁流变阻尼器的半主动控制系统中,通过计算实例分析得出了关于控制装置优化设置问题的一些有意义的结论。     

黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

Seismic response control of frame structures using magnetorheological/electrorheological dampers

Semi‐active control of buildings and structures for earthquake hazard mitigation represents a relatively new research area. Two optimal displacement control strategies for semi‐active control of seismic response of frame structures using magnetorheological (MR) dampers or electrorheological (ER) dampers are proposed in this study. The efficacy of these displacement control strategies is compared with the optimal force control strategy. The stiffness of brace system supporting the smart damper is also taken into consideration. An extensive parameter study is carried out to find the optimal parameters of MR or ER fluids, by which the maximum reduction of seismic response may be achieved, and to assess the effects of earthquake intensity and brace stiffness on damper performance. The work on example buildings showed that the installation of the smart dampers with proper parameters and proper control strategy could significantly reduce seismic responses of structures, and the performance of the smart damper is better than that of the common brace or the passive devices. The optimal parameters of the damper and the proper control strategy could be identified through a parameter study. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

Simultaneous topology and sizing optimization of viscous dampers in seismic retrofitting of 3D irregular frame structures

A new methodology for performance‐based optimal seismic retrofitting using a limited number of size groups of viscous dampers is presented. The damping coefficient of each size group of dampers is taken as a continuous variable and is determined by the optimization algorithm. Furthermore, for each potential location, a damper of a single size group is optimally assigned, if any. Hence, the formulation presents a large step forward towards practical optimal design of dampers. The key for achieving an efficient optimization scheme is the incorporation of material interpolation techniques that were successfully applied in other structural optimization problems of discrete nature. This results in a very effective optimization methodology that is expected to be very efficient for large‐scale structures. The proposed approach is demonstrated on several example problems of 3D irregular frame structures. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

Predictive control of seismic structures with semi‐active friction dampers

In this paper a predictive control method especially suitable for the control of semi‐active friction dampers is proposed. By keeping the adjustable slip force of a semi‐active friction damper slightly lower than the critical friction force, the method allows the damper to remain in its slip state throughout an earthquake of arbitrary intensity, so the energy dissipation capacity of the damper can be improved. The proposed method is formulated in a discrete‐time domain and cast in the form of direct output feedback for easy control implementation. The control algorithm is able to produce a continuous and smooth slip force for a friction damper and thus avoid exerting the high‐frequency structural response that usually exists in structures with conventional friction dampers. Using a numerical study, the control performance of a multiple degrees of freedom (DOF) structural system equipped with passive friction dampers and semi‐active dampers controlled by the proposed method are compared. The numerical case shows that by merely using a single semi‐active friction damper and a few sensors, the proposed method is able to achieve better acceleration reduction than the case using multiple passive dampers. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.