新型主动变刚度阻尼器的滑动模态控制及仿真分析

设计出一种新型主动变刚度阻尼装置,该装置可向受控结构提供两种等效刚度,使受控结构能主动地避开地震动卓越频率而永远处于非共振的状态。基于变结构控制理论的滑动模态控制算法,推导了该新型阻尼器的两种开关控制律。仿真分析结果表明,这种新型主动变刚度阻尼器的减震效果是非常明显的,可取得明显优于被动控制的减震效果。两种控制律中,连续型滑动模态控制律可以更充分地发挥该新型阻尼器的性能,取得更好的控制效果。     

结构参数非匹配不确定性问题的滑动模态控制

本文针对结构参数非匹配不确定性问题,采用简化滑动模态控制方法．即在滑动面的没计中忽略非匹配不确定性的影响,对一个顶层放置AMD系统的五层弹塑性建筑结构进行了主动控制数值分析．考虑了结构层屈服位移的不确定,数值模拟结果表明,简化方法具有很强的鲁棒性,结构参数相对于期望值的变化幅度为-40％至40%时．简化方法均有很好的控制效果。     

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。     

结构可变阻尼半主动控制

本文阐述了结构半主动控制的概念，并介绍了国内外有关结构半主动控制的研究状态，阐述了几种有关结构半主动控制的算法，包括基于经典最优控制的控制律及算法，基于变结构系统理论的滑动模太控制算法和非线性奇次系统的ｂａｎｇ－ｂａｎｇ控制算法。重点阐述了变结构系统理论和滑移面的确定及控制律的设计。     

基于磁流变阻尼器的层间隔震结构半主动控制研究

提出了一种层间隔震结构的半主动控制模型,建立了其振动控制方程,采用磁流变阻尼器作为控制器来施加控制力,通过编制计算机程序进行仿真分析。研究表明,对层间隔震结构进行半主动控制是有效的,结构的隔震层相对位移和顶层位移反应大大降低,进行半主动控制可以达到与主动控制相接近的控制效果;隔震层阻尼、隔震度和隔震层位置对层间隔震结构的控制有明显影响。     

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。     

大底盘多塔楼结构的混合隔震控制

结合某实际工程,针对大底盘多塔楼结构提出混合隔震的控制策略,即对大底盘上的一栋或多栋塔楼采用隔震技术,并在隔震层附设一定数量的被动、主动或半主动的减震控制装置。建立了这种大底盘多塔楼结构混合隔震控制体系的运动方程,方程中各塔楼与下部结构及隔震层之间的刚度解耦,并考虑了隔震层的非线性。研究中比较了被动非线性粘滞阻尼器,半主动变孔隙阻尼器与理想主动控制时的减震控制效果。结果表明,这种混合隔震体系可以有效地减小上部塔楼与下部结构的地震反应,提高大底盘多塔楼结构的抗震安全性,取得明显的经济和社会效益。半主动变孔隙阻尼器可以极好地追踪理想主动控制力,取得与理想主动控制相近的减震控制效果。被动非线性粘滞阻尼器也能取得较好的减震效果,且易于维护,经济性较好,从工程应用的角度来看更为现实可行,具有较好的应用推广价值。     

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.     

基于神经网络的滑移隔震结构智能半主动控制

考虑上部结构的刚度和阻尼,使用神经网络控制算法计算基底摩擦力的大小,研究了滑移隔震结构的半主动控制。对计算实例的分析表明,通过半主动控制的滑移隔震结构不但具有较好的隔震效果,且能有效地减小基底的最大滑移量及残余位移。为对比各种控制方法的控制效果,文中还利用Bang-Bang控制和瞬时最优控制算法对滑移隔震结构进行了半主动控制。对比分析表明,基于神经网络控制算法的控制效果优于其它控制算法,具有反馈量少,稳健性强等特点。     

日本结构控制的工程应用(英文)

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。     

ER智能阻尼器对结构半主动控制的试验与分析

ＥＲ智能阻尼器是一种以可控流体－电流液为主导材料的结构半动控制装置。本文通过试验验证了ＮｉｃｏｓＭａｋｒｉｃ和本文作者提出的ＥＲ智能阻尼器力学模型的正确性。在此基础上,通过对ＥＲ半主动控制结构的制震效果分析得到了以下结论：（１）ＥＲ智能半主动控制 制振效果较大地超过了ＥＲ被动控制结构和普通支撑结构。（２）要使ＥＲ智能半主动控制结构的制振效果较佳,必须合理选择半主动控制的策略。（３）结构的刚度比Ｋ２     

变刚度半主动结构振动控制的试验研究

本文成功地完成了五层框架的变刚度半主动结构振动控制的模拟地震振动试验,这不仅是我国的第一个变刚度半主动结构振动控制的试验,在国际上也是少数几例之一。本文介绍了试验系统的构成,试验内容,试验结果的分析及试验结论等。     

SLIDING MODE CONTROL OF BUILDINGS WITH ATMD

In the present paper, the application of the sliding mode control (SMC) scheme is discussed in a systematic manner for controlling the vibration of tall buildings with an Active Tuned Mass Damper (ATMD) installed at the top floor. It is shown that the application of the SMC theory for buildings with ATMD may lead to large responses in the building due to the interaction effect from the ATMD caused by the comparatively large response of the ATMD. Based on the theory of compensators, a method is proposed which eliminates the interaction effect from the ATMD to the building and thus prevents large response in the building. The results are demonstrated through simple numerical examples of building–ATMD system subjected to initial condition loading as well as two different types of external excitations. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

结构地震反应的非全状态控制

本文提出了地震下结构芳动控制的一种非全状态控制算法和控制器位置与算法参数统一优化的概念及其统一优化的方法，文中对某试验用模型结构，用红典线最优控制算法和本文提出的控制算法进行了主动控制仿真分析，同时用本文提出的统一优化方法对控制器位置和算法参数进行了优化，结果表明，本文提出的统一优化概念和方法合理可行，控制算法可以取得良好的控制效果。     

工程结构利用悬吊摆的振动控制

本文着重研究利用悬吊摆作为被动控制装置减小结构地震反应的方法。     

多自由度主动变刚度控制体系的振型控制

本文利用振型变换技术,将设置了ｍ个控制器的ｂ自由度主动变刚度控制体系降阶为１个自由度的主动变刚度控制体系,进而提出了振型控制律－包括第一振型控制律和主振型控制律,仿真分析结果表明,第一振型控制律可以有效地控制受控结构的相对位移反应,主振型控制律则可以有效地控制受控结构的相对位移反应和层间位移反应。     

ACTIVE AND SEMI-ACTIVE CONTROL OF STRUCTURES UNDER SEISMIC EXCITATION

Considerable effort has been devoted to develop passive and active methods for reducing structural response under seismic excitations. Passive control approaches have already found application in practice. Active control methods, on the other hand, are being vigorously examined for application to civil structures. This paper investigates the application of active and semi-active control schemes to structures subjected to seismic excitations, and it focuses on the use of the sliding-mode control approach for the development of the control algorithms. The possibility of control redundancy with respect to the number of sliding constraints is taken into account in the controller design. Several sets of numerical results are obtained for a realistic 10-storey shear building, subjected to earthquake-induced ground motions and controlled by active or semi-active control schemes. It is observed that both active and semi-active control schemes can be used to reduce the dynamic response. Active control performs very effectively in reducing the structural response, but the required control force values can be quite large to limit its practical application in the case of large and massive buildings. Active regulation of linear viscous dampers was found unnecessary for this type of structural system, as it did not induce any significantly more reduction in the response than the dampers acting passively. On the other hand, it is shown that active regulation of stiffness can be used with advantage to reduce the response. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

OPTIMAL POLYNOMIAL CONTROL FOR SEISMICALLY EXCITED NON-LINEAR AND HYSTERETIC STRUCTURES

In this paper, we present an optimal polynomial controller for reducing the peak response quantities of seismically excited non-linear or hysteretic building systems. A performance index, that is quadratic in control and polynomial of any order in non-linear states, is considered. The performance index is minimized based on the Hamilton–Jacobi–Bellman equation using a polynomial function of non-linear states, which satisfies all the properties of a Lyapunov function. The resulting optimal controller is a summation of polynomials in non-linear states, i.e. linear, cubic, quintic, etc. Gain matrices for different parts of the controller are determined from Riccati and Lyapunov matrix equations. Numerical simulation results indicate that the percentage of reduction for the selected peak response quantity increases with the increase of the earthquake intensity. Such load adaptive properties are very desirable, since the intensity of the earthquake ground acceleration is stochastic in nature. The proposed optimal polynomial controller is an effective and viable control method for non-linear or hysteretic civil engineering structures. It is an addition to available control methods in the literature.