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.     

不规则高层结构基于新型电磁惯性质量阻尼器的半主动控制

为了研究新型电磁惯性质量阻尼器(Electromagnetic Inertial Mass Damper,EIMD)应用于偏心高层结构振动控制工程的可行性,鉴于半主动控制技术的优点,基于LQR主动控制算法,提出一种可行的EIMD-偏心高层结构半主动控制策略,同时研究EIMD在结构每层中安装位置不同对于控制偏心高层结构扭转反应的影响。以一个实体24层偏心高层结构作为研究对象验证地震作用下所提控制策略的有效性,仿真结果表明:(1)所提半主动控制策略基本能够达到主动控制对于结构振动反应分量的控制效果;(2)当采用半主动控制策略时,调整EIMD的安装位置对于偏心高层结构转角和转角加速度反应有着较好的控制效果。     

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。     

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。     

磁流变调谐液柱阻尼器半主动地震反应控制研究

结构的半主动控制装置是国际上研究的一个热点.磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是一种新型的减振驱动器.文中提出了抑制结构水平振动的MR-TLCD模型,建立了MR-TLCD与结构相互作用的运动方程.在经典线性最优控制(COC)和瞬时最优控制(IOC)算法的基础上,研究了Clipped-optimal半主动控制策略的减振效果,并与被动控制的减振效果进行了对比.结果表明:磁流变式调谐液柱阻尼器的半主动控制能够有效地减小结构的地震反应,且优于被动控制.     

多维地震作用下偏心结构的磁流变阻尼器半主动控制

理论研究与震害经验表明,地震时结构会产生不可忽略的平动与扭转耦合的空间振动。本文提出了基于线性最优控制理论的部分状态反馈次优控制策略和基于遗传算法的控制策略,以Marlab和Simulink为平台,采用磁流变阻尼器对双向水平地震作用下的偏心结构平．扭耦联反应进行半主动控制。对-6层双向偏心框架结构进行控制效果仿真分析的结果证明,本文提出的2种控制策略是有效的。     

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。     

磁流变式调谐液柱阻尼器抑制结构

磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)是由调谐液柱阻尼器(TLCD)和磁流变液阻尼器(MRD)组成的新型半主动控制装置.依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由结构耦合运动方程,基于线性二次型经典控制计算出最优主动控制力,采用Bang-Bang、离复位以及限界Hrovat最优控制三种算法来实现半主动控制策略,以Nonhfidge地震动为例在Maflab/Simulink模块下进行了仿真计算.结果表明三种半主动控制策略中离复位控制最优,限界Harvot,Bang-Bang次之,且都优于被动控制效果.相对位移控制效果好于相对加速度,均方根值效果好于峰值效果.但MR-TLCD抑制结构受到此类特征周期地震作用时有放大加速度峰值可能.     

磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究

磁流变阻尼器作为一种比较典型的半主动控制元件,具有构造简单、响应速度快、耐久性好、阻尼力大且连续可调等优点。即使地震中能源中断,磁流变阻尼器仍可以作为被动耗能装置继续工作发挥作用,可靠性高。设计合理有效的磁流变阻尼器半主动控制方法,对于整体结构的减震效果尤其重要。提出一种改进的磁流变阻尼器的半主动控制策略-改进的Bang-Bang控制策略,对装有磁流变阻尼器的减震控制3层框架结构进行了一系列的实时混合模拟试验,对多种半主动控制方法下的振动控制效果进行试验分析。试验结果表明:磁流变阻尼器对框架结构的减震效果显著,并验证了提出的磁流变阻尼器半主动控制策略的有效性。     

非平稳地震激励下隔震曲线梁桥振动控制研究

曲线梁桥由于其平面不规则性导致结构在地震激励下产生弯扭耦合效应,使得隔震曲线梁桥的地震响应更加复杂。目前常用的控制方法是将隔震技术与附加减震装置相结合对曲线梁桥进行控制。本文将地震动考虑为一均匀调制非平稳随机过程,针对隔震曲线梁桥长周期、低频率的特点,选取Clough-Pension平稳地震动功率谱模型作为随机地震动输入模型,对无控(NON-C)、经典线性最优控制(COC)以及序列最优控制算法(SOC)三种状态下的曲线桥梁进行随机响应分析。通过建立曲线梁桥在随机地震动作用下的运动方程,求出减震控制结构的位移谱密度、加速度谱密度响应及时变方差。分析结果表明:序列最优控制算法(SOC)在使隔震层位移得到减小的同时,可以更有效地控制上部结构的地震响应,具有更好的控制效果。     

Genetic algorithm based LQR vibration wireless control of laminated plate using photostrictive actuators

A photostrictive type of opto-electromechanical actuator activated by high-energy lights can introduce actuation and control effects without hard-wired connections.This paper addresses the controllability aspect in wireless vibration control of plate structures via photostrictive actuators.A modal force index,which has taken into account the mode number,the spatial distribution,and the dimension of the actuator,is chosen as an objective function to determine the optimal locations of photostrictive actuators.A linear methodology is proposed in this paper and the vibration equation is written in the standard state-space form.A binary-coded GA based combined optimal placement and LQR(linear quadratic regulator) control scheme has been incorporated,which maximizes the modal force index,the closed loop damping and minimizes input light intensity to the actuators.In the present method only three weighting factors have been used to search optimal Q and R matrices using GA,which reduces chromosome length and hence minimizes computational time.Numerical results demonstrate that the use of strategically positioned actuator patches can effectively control the fundamental modes that dominate the structural vibration.     

基于输出反馈的建筑结构闭开环次优控制

对传统的结构抗震闭开环控制算法进行改进。基于地面运动自回归模型,采用Kalman滤波利用可以量测到的地面加速度激励对未来时段即将发生的地面加速度激励进行预估,并在微分方程的求解中引入精确高效的精细积分算法。考虑到实际控制中量测全部状态变量的困难,改进算法仅需量测部分状态变量。数值仿真表明,基于输出反馈的闭开环次优控制策略能大大降低结构的地震响应。     

基于市场机制结构控制策略的研究和应用进展

半主动控制装置以其廉价、耗能低及控制稳定性好的优势成为目前结构控制领域的研究热点，由此势必产生具有大量半主动控制装置形成的复杂的结构控制系统，但足对于由大量半主动控制装置组成的结构控制系统，其形式非常复杂。相比于传统的集中式控制策略，分布式控制策略更适应此类复杂系统的控制要求。而基于市场机制的控制策略（Market-basedControl，简称MBC）属于分布式控制策略，它利用市场来模拟复杂的控制系统，用销售商和消费者来代替控制器和能源输出，从而将整个控制系统离散化，利用自由市场经济对有限资源合理分配的特点，对结构的振动实施高效的控制。介绍了分布式控制的概念，回顾了基于市场控制理论的发展过程，重点介绍丁其在土木工程领域的应用，存在的问题及未来发展方向。     

近断层地震动下设置BRB的双向减隔震桥梁地震反应

在近断层地震动下桥梁结构将发生较大反应,减隔震设计是减轻地震损伤的重要手段。提出了在桥梁双柱墩横桥向设置防屈曲支撑(BRB),在纵桥向设置铅芯橡胶支座(LRB)的双向减隔震体系。利用Midas Civil软件建立3种不同减隔震方式的桥梁结构模型:LRB仅单向,LRB双向与LRB联合BRB,运用非线性时程分析方法计算了桥墩反应(墩顶侧移角、残余位移角和曲率延性)、LRB支座变形和BRB的耗能特性等。结果表明:在近断层地震动输入下联合设置LRB和BRB的双向减隔震桥梁减震效果明显,相比其它2种方式,能有效降低墩柱的塑性变形及起到保护桥墩的作用。在横桥向,桥墩最大侧移角、残余位移角和最大曲率延性系数都显著降低。     

新型形状记忆合金阻尼器的试验研究

本文在对形状记忆合金(SMA)的力学性能研究的基础上，设计和制造出一种性能良好的SMA阻尼器，介绍了其工作原理及有关试验结果，将该阻尼器安装在斜拉桥模型上，进行了斜拉桥模型振动试验。试验结果表明该阻尼器的耗能效果明显，在工程结构振动控制方面具有比较好的应用前景。     

高架桥地震反应半主动控制分析

本文探讨了高架桥结构地震反应LQR(Linear Quadratic Regulator)半主动控制算法以及考虑刚度退化的桥墩非线性计算模型，并利用Matlab语言编制的程序对其进行了数值仿真计算。结果表明，将隔震技术与利用MR阻尼器的半主动控制技术相结合，能够有效地减小高架桥的地震反应；MR阻尼器的设置位置以及结构的参数对控制效果有较大影响。考虑桥墩非线性影响将能得到更为接近实际的计算结果。     

基于粘滞阻尼器的元江大桥减震设计方案

为了提高大跨度桥梁的抗震性能水平,基于粘滞阻尼器的结构减震控制技术成为专家学者研究的重点和工程设计人员首先考虑的抗震设防措施。现有成果主要集中在大跨度公路斜拉桥的研究和应用,在山区的非规则高墩钢桁连续梁桥研究的较少。以云南省元江大桥为例,采用Midas/civil建立弹性分析的有限元模型,对元江大桥进行了动力特性分析。采用快速非线性时程分析方法对粘滞阻尼器参数进行了优化分析,并且总结了粘滞阻尼器参数对高墩连续梁桥的减震作用规律。最后,通过有控和无控结构的地震动响应对比分析,评价了安装阻尼器后的结构主控部位的减震效果。结果表明:减震控制提高了结构的安全性。     

MR阻尼器对桅杆结构风振响应的智能半主动控制

本文基于修正的拉格朗日坐标描述法，推导了空间四节点纤绳单元的大位移刚度矩阵的具体表达式。在将桅杆结构离散为空间四节点纤绳单元和梁单元的计算模型的基础上，建立了桅杆结构非线性风振响应分析的有限元方法。根据瞬时最优主动控制的原则，提出了MR阻尼器对桅杆结构风振反应智能半主动控制基于阻尼器位移的“开关—耗能”半主动控制策略。算例结果表明MR阻尼器能有效地减小桅杆结构的风振反应。