地震动作用下的结构瞬时开闭环最优控制算法

本文提出了瞬时开闭环最优控制算法，这是建立在时程分析基础上的最优控制算法，不需要实施结构的模态解耦，适合于地震动作用下非线性结构的控制分析，这种算法不仅可以区分开环，闭环和开闭环控制的不同效果，而且结构的位移，速度和加速度响应都能有效地得到控制。     

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。     

结构瞬时最优控制参数影响的数值分析

在瞬时最优控制算法理论分析的基础上，分别以单自由度和三自由度结构模型为例，研究了时间间隔和权矩阵对结构控制反应的影响。首先，进行了瞬时最优控制算法的理论分析，提出了控制算法的影响参数；其次，分别对单自由度和三自由度结构在无控、LQR和瞬时最优三种方法控制下，分析了时间间隔和权矩阵对结构反应的影响。结果表明：时间间隔和权矩阵对结构瞬时最优控制效果影响很大。     

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。     

结构地震反应的瞬时KCE控制

提出了地震作用下结构主动控制的瞬时ＫＣＥ控制，给出参数的优化确定方法，并针对某试验用模型结构进行了计算和分析。结果表明，瞬时ＫＣＥ控制算法明显优于瞬时最优控制算法。     

基于动态模糊神经网络的结构主动控制仿真分析

在模糊控制中,如何更加合理地生成控制规则,是其应用的一个重要问题。本文采用动态模糊神经网络(DFNN)算法,并借助于最优控制算法的样本数据,实现建筑结构振动控制中的模糊规则自动提取。首先,介绍了DFNN的结构和算法;其次,采用DFNN算法设计了二输入单输出及四输入单输出两种模糊控制器,对顶层设置AMD控制装置的五层钢框架模型结构进行模糊控制仿真分析。仿真结果表明,两种模糊控制器对顶层位移和加速度反应峰值的控制效果达到50%和30%以上,对地震输入和结构参数的变化均具有较好的鲁棒性;相比二输入模糊控制器,四输入模糊控制器的控制效果更好。本文研究为地震作用下建筑结构AMD模糊控制提供了新的思路和方法。     

主动结构振动控制算法综述

系统介绍了结构振动主动控制常用的七种算法,包手龙典线最优控制,极点地,时最优控制,狡模态控制,Ｈ∞状态反馈控制,滑动模态控制及最优多项式控制。     

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。     

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。     

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。     

主动变刚度-阻尼系统预测最优控制的理论与试验研究

介绍了一种具有自主知识产权的新型开关控制型半主动控制系统——主动变刚度.阻尼(AVS.D)系统的减振控制机理,建立了AVS.D结构振动控制体系的运动方程。为了合理补偿AVS.D系统实时控制过程中不可避免地存在着的控制时滞,本文提出一种预测最优控制算法,推导了其开关控制律。为了检验AVS.D系统的减震控制效果及预测最优控制算法的有效性,我们设计研制出AVS.D装置,编制了AVS.D系统预测最优控制的实时控制软件,在某单层钢框架模型上进行了AVS.D系统的模拟地震振动台试验,比较了不同控制方式时的减震效果。研究结果表明,本文所提出的预测最优控制算法是非常有效的,可推广应用于所有开关控制型半主动控制系统。AVS.D系统具有反应放大功能,经济可靠、安全有效,可望有较好的工程应用前景。     

随机动力系统最优控制准则研究

根据线性二次最优控制理论,给出了系统随机最优控制的控制律一般形式。从目标控制量的物理意义出发,提出了基于系统概率密度演化分析的最优控制准则,建立了递阶层次的演化过程控制准则类。以线性单自由度体系随机地震反应最优控制为例,分析了各控制准则类的权矩阵参数优化结果,并根据最优控制律进行了系统随机最优控制研究。结果表明,本文提出的系统随机最优控制的控制律确定方法可以对系统性态进行有效的控制。     

基于序列最优控制算法的隔震曲线梁桥非线性振动控制研究

强震作用下隔震曲线梁桥会产生较大的弹塑性变形,需要采取一定的控制措施以保证其安全性。采用经典的Bouc-Wen模型,建立考虑上部结构偏心的隔震曲线梁桥的非线性动力方程,求解罕遇地震作用下结构的动力响应。针对隔震曲线梁桥罕遇地震作用下产生的较大弹塑性变形,建立隔震曲线梁桥的非线性振动控制方程,将该方程等效线性化后采用序列最优控制算法(SOC)和经典线性最优控制(COC)对桥梁进行振动控制研究。结果表明：在罕遇地震下,隔震曲线梁桥的下部结构与隔震层都已屈服进入塑性阶段,且有少量的残余位移产生;序列最优控制算法和经典线性最优控制都能有效地减小隔震曲线梁桥弹塑性状态下的平动位移与残余位移,并有效抑制曲线桥的扭转效应,其中序列最优控制算法较经典最优控制更能显著削减隔震曲线梁桥的峰值响应。     

地震下结构振动的最优控制算法模型比较与改进

模拟地震激励输入结构的过程,将控制目标函数化解到每个时间步长上。用激励所产生的脉冲响应重新构造控制目标函数,直接从泛函变分出发,推导出了一种改进的最优控制算法,并用状态转移的数值方法加以实现。从概念上讲,本算法是一种更为合理的结构最优控制算法。算例表明,在相同控制能量下,本算法能更有效地削减响应峰值,且稳定性良好。     

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。     

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。     

建筑结构的鲁棒H∞最优控制

针对传统线性二次型最优控制(Linear quadratic optimal control,LQR)等主动控制方法存在鲁棒性较差的不足,考虑结构参数和外部激励的不确定性,提出一种控制算法简单、便于工程应用的鲁棒H∞最优控制方法.将工程中常用的二次型最优指标结合于鲁棒H∞控制系统的分析中,使得控制器的性能指标容易衡量;通过引入线性矩阵不等式(Linear Matrix Inequalities,LMI)减小求解的复杂度.以一个多层剪切型建筑结构模型为例进行了仿真,并与LQR方法进行对比,仿真结果初步表明该方法具有较好的控制效果和鲁棒性.     

控制大气污染的一个数学理论框架

讨论了如何利用大气污染的数值预报结果和模式进行大气污染最优控制设计的理论框架问题. 提出了以控制污染源排放量为控制手段的大气污染最优控制问题, 其目的是在事先预报的天气条件下, 通过可行的控制手段使得一个城市的大气污染物浓度在一个选定的地域和时间段内保持在某一可容许的指标之内, 同时又使控制的代价(包括控制导致的工艺提高的耗资或工厂减产的经济损失, 或生活的不便性等)为最小. 基于伴随模式的最优化方法, 推导了求解这一问题的数学方法和相应的计算公式. 由于最优控制方案是根据预报的天气条件计算出来的, 而预报结果都是有误差的, 因此事先计算出的最优控制方案的实施效果会受到天气条件预报误差的影响. 利用伴随算子模式方法, 给出了这一问题的一个近似的却高效的算法, 可以计算不同时刻和地点预报的风场、温度场和污染物初值的不确定性对最优控制效果的影响.     

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。     

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.