高架桥梁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，以模糊集为基础的半主动控制算法，研究了8种模糊控制规则在高架桥梁地震响应中的控制效果。本文提出的模糊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，模糊算法的输出直接控制MR阻尼器的输入电压，与LQR-clipped算法不同，MR阻尼器的输入电压可以是零与最大值之间的任意值。根据高架桥梁的结构特点，将典型的墩-支座-桥面结构简化为一个两自由度的线性系统，计算了El Centro地震激励下，MR模糊半主动控制的地震响应，并分别与没有控制及其他控制时的地震响应进行了对比，分析了各种控制算法的控制效果。研究结果表明，MR模糊半主动控制算法可以达到LQR-clipped半主动的控制效果，且模糊控制所需要的控制力较小，为有效地发挥MR阻尼器的功能提供了一种简单的半主动算法。     

基于半主动控制的MR阻尼器控制力优化

本文研究半主动控制系统中磁流变(MR)阻尼器的控制力优化问题,从而提高MR阻尼器的半主动控制效果。文中首先建立了多自由度结构MR阻尼器控制系统的运动方程;然后根据MR阻尼器的出力特性提出了结构控制的半主动控制律,并对控制率中MR阻尼器的最大控制力设计值提出了不同的优化取值方法;最后仿真分析了MR阻尼器的不同最大控制力设计值对不同自由度结构的控制效果。研究表明,当设计值取最优控制力的平均绝对值或均方根值时,MR阻尼器的最大控制力比最优控制力的最大值降低了85%,而控制效果降低不多,可以满足对结构的控制要求;降低最大控制力设计值后,不但可以充分发挥MR阻尼器的出力性能,而且可以缩小MR阻尼器的设计尺寸,便于工程应用。     

建筑结构地震响应半主动控制的遗传-模糊算法

本文针对建筑结构地震响应半主动控制问题,应用基于遗传算法优化模糊规则库的遗传—模糊控制方法,通过MR阻尼器实现减小建筑结构地震响应。将结构的位移和加速度响应峰值控制双重指标作为目标函数,运用遗传算法的基本操作得到一组优化的模糊推理规则。以结构位移、加速度、地震加速度信号作为输入量,以MR阻尼器所提供的控制力为输出量,分别构造单阻尼器和多阻尼器的模糊控制策略。以某3层和6层框架结构为例,分别对两种遗传—模糊控制算法进行数值仿真分析,并与LQR最优控制结果进行比较。数值分析结果表明,采用遗传—模糊算法能够有效地减小结构的地震响应。     

巨子有控结构体系非线性地震响应的半主动控制

巨子有控结构体系(MSCSS)是一种具有自控能力的新型结构体系。本研究将磁流变(MR)阻尼器与MSCSS的工作机理相结合,采用模糊神经网络建立MR阻尼器的控制规则,利用遗传算法对模糊神经网络结构进行优化,在考虑构件发生非线性变形的情况下,研究了不同场地地震作用时的MSCSS非线性振动响应控制效果。通过与被动控制工况和以LQR算法为基础的半主动控制工况进行时域、频域范围内的对比研究,结果表明本文设计的模糊神经网络算法可以有效减小MSCSS的地震响应,并且在结构构件进入非线性状态以后仍然保持良好的稳定性,大大提高了结构的抗震性能。     

地震作用下非对称结构平动-扭转耦合振动的半主动控制

本文采用半主动控制方法对非对称结构在地震作用下的平动-扭转耦合振动控制进行了研究。首先建立了非对称结构的平动-扭转耦合振动方程和状态空间方程;然后以磁流变(MR)阻尼器为控制装置,结合线性二次型最优控制、最优控制算法和限幅控制策略,提出了基于MR阻尼器的半主动控制方法;最后对半主动控制方法对非对称结构地震反应的控制效果进行了计算分析。结果表明,半主动控制方法可以对非对称结构的水平位移、扭转位移和加速度反应都产生明显的控制效果,适当下调控制力需求时,不会导致控制效果的等比下降,降低MR阻尼器可调控制力上限后,可以减小阻尼器尺寸,便于其在工程实际中的应用。     

ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应的半主动控制

本文提出了ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的设计计算方法.文中,在推导了ER/MR智能阻尼器杆件有限单元模型的基础上,建立了设置ER/MR智能杆件的网壳结构地震反应的运动方程.应用本文提出的局域半主动控制策略,我们得到了ER/MR智能阻尼器对空间网壳结构地震反应半主动控制的计算方法.工程实例的计算结果表明:ER/MR智能杆件是一种不会失稳的控制装置,在结构上合理布置ER/MR智能杆件和合理选取ER/MR智能杆件的参数可获得较好的减震效果.     

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。     

相邻结构地震反应MR阻尼器控制的仿真分析

本文仿真分析了应用磁流变(MR)阻尼器对相邻结构地震反应的控制效果,为进一步开展模型试验研究奠定了基础。建立了地震激励下相邻结构MR阻尼器控制系统的运动方程,提出了描述MR阻尼器阻尼力滞回特性的改进S igmoid模型,分别对应用开关控制、半主动控制以及最小或最大电流被动控制的四种控制方法的相邻结构地震反应的控制效果进行了仿真分析。结果表明,在相邻结构间连接安装MR阻尼器可以有效地控制相邻结构的地震反应,且开关控制方法和半主动控制方法的控制效果均好于两种被动控制方法,体现了MR阻尼器阻尼力可调的优点;在四种控制方法中,半主动控制方法的控制效果最好,体现了MR阻尼器阻尼力具有连续调节能力的优点;若能解决MR阻尼器的剩磁问题,半主动控制方法的控制效果会得到进一步的提高。     

多维Benchmark桥梁结构半主动控制策略

随着大跨度桥梁结构的广泛应用,作为生命线工程之一的桥梁结构振动问题备受关注。结构振动控制作为一种新方法,可以有效的减小结构振动响应。半主动控制只需较少的能量调节便可对最优控制力进行跟踪,进而成为研究的热点。传统的最优控制算法（LQR）需要计算复杂的Riccati方程,具有在线计算时间长等缺点。基于最优控制与计算结构力学之间的模拟理论,引入区段混合能的概念,将Riccati方程转化为区段矩阵的求解,采用水平双向布置MR阻尼器的方法对桥梁结构进行振动控制,考虑了桥梁结构3个方向的平动分量和转动分量,基于哈密顿体系提出了LQR半主动控制策略。最后,对Benchmark桥梁结构模型进行了仿真计算,结果表明:提出的LQR半主动控制策略是有效的。     

ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑结构地震反应的半主动控制

本文建立了用ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑结构地震反应半主动控制的设计计算方法,文中,在导出ER／MR智能阻尼器力学模型的基础上,建立了ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房层建筑结构地震反应的基本方程,并根据瞬时最优主动控制的原则,提出了ER／MR智能阻尼器耦联的带裙房高层建筑地震反应半主动控制的基于最优主动控制位移的“开关－耗能”半主动控制策略,应用本文方法对主楼20层,裙房5层的计算结构;受控地震反应的模拟计算结构表明,耦联主楼和裙房的半主动的ER／MR智能阻尼器可有效地抑制带裙房高层建筑结构地震反应的鞭梢效应,并可均匀地减小结构各层的震反应,是一种简单,方便和有效的智能控制装置。     

Semi‐active fuzzy control for seismic response reduction using magnetorheological dampers

A semi‐active fuzzy control strategy for seismic response reduction using a magnetorheological (MR) damper is presented. When a control method based on fuzzy set theory for a structure with a MR damper is used for vibration reduction of a structure, it has an inherent robustness, and easiness to treat the uncertainties of input data from the ground motion and structural vibration sensors, and the ability to handle the non‐linear behavior of the structure because there is no longer the need for an exact mathematical model of the structure. For a clipped‐optimal control algorithm, the command voltage of a MR damper is set at either zero or the maximum level. However, a semi‐active fuzzy control system has benefit to produce the required voltage to be input to the damper so that a desirable damper force can be produced and thus decrease the control force to reduce the structural response. Moreover, the proposed control strategy is fail‐safe in that the bounded‐input, bounded‐output stability of the controlled structure is guaranteed. The results of the numerical simulations show that the proposed semi‐active control system consisting of a fuzzy controller and a MR damper can be beneficial in reducing seismic responses of structures. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于遗传算法优化的高层建筑风振模糊控制

本文针对高层建筑风振控制问题,应用基于遗传算法优化模糊规则库的模糊控制方法,通过MR阻尼器实现减小高层建筑风振反应. 采用双输入、单输出的模糊控制策略, 即以风荷载和其变化率为输入量, 以MR阻尼器所提供的控制力为输出量.利用基于遗传算法的优化的模糊规则库,根据作用模糊子集的推理方法进行模糊推理运算, 并采用常用的重心法进行解模糊处理.以某12层框架结构为例, 进行数值模拟分析,并与优化前的模糊控制策略和LQR最优控制策略进行比较.数值分析结果表明,利用遗传算法使优化模糊规则库得以优化,改善了模糊控制的效果,有效地减小了结构的风振反应.     

Seismic performance evaluation of typical dampers designed by Chinese building code

Adding dampers is a commonly adopted seismic risk mitigation strategy for modern buildings, and the corresponding design procedure of dampers has been well established by the Chinese Building Code. Even though all types of dampers are designed by the same procedure, actual seismic performance of the building may differ from one to the others. In this study, a nine-story benchmark steel building is established, and three different and typical types of dampers are designed according to the Chinese Building Code to realize structural vibration control under strong earthquake excitation. The seismic response of the prototype building equipped with a viscoelastic damper, viscous damper and buckling-restrained brace(BRB) subjected to 10 earthquake records are calculated, and Incremental Dynamic Analysis(IDA) is performed to describe progressive damage of the structure under increasing earthquake intensity. In the perspective of fragility, it shows that the viscoelastic damper has the highest collapse margin ratio(CMR), and the viscous damper provides the best drift control. Both the BRB and viscoelastic dampers can effectively reduce the floor acceleration responses in the mid-rise building.     

磁流变阻尼器在受控结构中的优化布置

高层建筑结构中由于地震引起的结构体系的振动是十分严重的,利用磁流变阻尼器进行振动控制的方法可以有效减小体系的振动反应、这种振动控制的效果,不仅取决于阻尼器出力大小和控制算法的优化,也取决于阻尼器在高层结构中的布置位置。首先对近年来出现的许多优化布置方法进行了阐述,论述了这些方法的优缺点,然后选用了一种优化布置方法并结合一个结构体系进行了阻尼器的优化布置研究,最后给出了阻尼器优化布置的几个原则。研究的结果表明通过阻尼器在高层结构中的优化布置可以有效提高振动控制的效果．     

Studies on structural vibration control with MR dampers using μGA

A new approach to reducing the seismic response of spatial structures with magneto-rheological (MR) dampers is presented in this paper. The Genetic Algorithm with small populations (μGA) is used to optimize the control for the MR dampers to reduce structural vibration, which is difficult to achieve using classical optimal control. The advantages of μGA are the use of global properties and that fewer conditions are required to obtain the optimal function. Numerical results demonstrate the effectiveness of the proposed method in reducing the seismic response of structures.     

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。     

Neuro-fuzzy control strategy for earthquake-excited nonlinear magnetorheological structures

Magnetorheological (MR) damper is a prominent semi-active control device for earthquake responses mitigation of structures. The most important topic for the intelligent MR structures is choosing the control current of MR dampers quickly and accurately. The typical control strategy is on–off control strategy, i.e. bi-state control strategy, while inherent time-delay and coarse control precision lie in this strategy. This paper proposes neuro-fuzzy control strategy, in which the neural-network technique is adopted to solve time-delay problem and the fuzzy controller is used to determine the control current of MR dampers quickly and accurately. Through comparison between the bi-state control and the neuro-fuzzy control strategies and a numerical example about a three-story reinforced concrete structure, it can be concluded that the control strategy is very important for semi-active control, the neuro-fuzzy control strategy can determine currents of MR dampers quickly and accurately, and the control effect of the neuro-fuzzy control strategy is better than that of the bi-state control strategy.     

土木工程结构的双层多重调谐质量阻尼器控制策略

为能得到用尽可能少的调谐质量阻尼器(TMD)组成有效性和鲁棒性高的多重调谐质量阻尼器控制系统，本文提出了一种适用于土木工程结构的新控制策略——双层多重调谐质量阻尼器(DMT—MD)。使用定义的优化目标函数，评价了双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)的控制性能。数值结果表明，双层多重调谐质量阻尼器(DMTMD)比多重凋谐质量阻尼器(MTMD)具有更好的有效性和对频率调谐的鲁棒性。DMTMD比双重调谐质量阻尼器(DTMD)具有更好的有效性，而DMTMD和DT—MD对频率调谐的鲁棒性近似相同。因此，双层多重调谐质量阻尼器是一种先进的结构控制策略。