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。     

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。     

基于预测控制的结构振动半主动控制研究

建立了半主动控制系统的理论模型，分析了半主动控制机理，并结合现代控制理论，将预测控制应用于结构半主动控制中，提出了在线预测控制算法，建立了预测模型，并成功的解决了时滞问题，最后作了计算机仿真分析，证明该系统有较好的控制效果。将预测控制思想应用于结构半主动控制中，为结构控制注入了新的思路，通过研究及仿真分析也说明了这种思想是可行的并且具有很大的发展前途。     

结构振动控制的半主动磁流变质量驱动器(MR-AMD)

本文首先提出了一种新型的半主动磁流变质量驱动器（MR－AMD），该装置用磁流变驱动器替代AMD的液压驱动系统；其次采用所提出的半主动控制算法仿真分析了MR－AMD用于结构振动控制的有效性；第三，比较了半主动质量驱动器（MR－AMD）、调谐质量阻尼器（TMD）及主动质量驱动器（AMD）对同一模型结构的控制效果。分析结果表明，MR－AMD作为一种半主动质量驱动器有效地降低了结构的反应，其控制效果虽然不如具有相同质量块参数的AMD但却优于TMD，且同AMD一样具有较宽的有效频带范围。     

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。     

H∞优化控制理论在半主动控制中的应用

着重研究了变阻尼半主动控制在降低结构振动响应中的控制效果，在确定可变阻尼的阻尼系数时采用了控制效果较好的H∞优化控制策略，并将这种控制策略与传统控制方法进行了比较，通过数值分析比较了被动控制、主动控、半主动控制情况下结构的最大相对位移与结构的最大绝对加速度响应。并通过分析得出如下结论：(1)在被动、主动、半主动控制方法中主动控制的控制效果最好；(2)对于刚性结构，增大结构的附加阻尼可以同时降低结构的最大相对位移和最大绝对加速度响应，应用被动控制能取得较为理想的控制效果，而半主动控制的控制效果是值得怀疑的，在应用时应慎重考虑；(3)对于柔性结构，增大附加阻尼在降低结构的最大相对位移响应的同时，却增加了结构最大绝对加速度响应，而采用半主动控制能够同时降低结构的最大相对位移和绝对加速度响应，半主动控制效果明显；(4)在柔性结构中采用半主动控制方法能取得与主动控制相近的效果；(5)由于H∞优化控制是对最坏情况下瞬时能量的优化控制，因此H∞半主动控制的控制效果要优于传统LQR控制。     

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。     

结构振动的无能源主动控制

本文提出了一种无能源主动控制方案,这种控制方案的优点是不须配备高压油源,可降低控制成本,并地保证控制的可靠性。     

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。     

磁流变阻尼器对高层建筑风振反应的半主动控制

本文探讨了磁流变阻尼器在高层建筑风振控制中的应用，在经典线性最优控制理论的基础上，根据磁流变阻尼器的特点，提出了一种新型的半主动控制策略，应有该方法对一40层的钢结构的风振反应进行了计算机模拟，结果表明，采用磁流变阻尼器对高层建筑进行半主动控制的能够有效减小结构的风振反应。     

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。     

Semi-active model predictive control for 3rd generation benchmark problem using smart dampers

A semi-active strategy for model predictive control (MPC), in which magneto-rheological dampers are used as an actuator, is presented for use in reducing the nonlinear seismic response of high-rise buildings. A multi-step predictive model is developed to estimate the seismic performance of high-rise buildings, taking into account of the effects of nonlinearity, time-variability, model mismatching, and disturbances and uncertainty of controlled system parameters by the predicted error feedback in the multi-step predictive model. Based on the predictive model, a Kalman-Bucy observer suitable for semi-active strategy is proposed to estimate the state vector from the acceleration and semi-active control force feedback. The main advantage of the proposed strategy is its inherent stability, simplicity, on-line real-time operation, and the ability to handle nonlinearity, uncertainty, and time-variability properties of structures. Numerical simulation of the nonlinear seismic responses of a controlled 20-story benchmark building is carried out, and the simulation results are compared to those of other control systems. The results show that the developed semi-active strategy can efficiently reduce the nonlinear seismic response of high-rise buildings.     

A Semi-active Oleodynamic Damper for Earthquake Control. Part 2: Evaluation of Performance through Shaking Table Tests

Sine sweep and earthquake excitation tests have been performed on a one-story spatial steel frame building equipped with two identical semi-active assemblies described and fully characterized in a companion paper. The tests allowed identifying and validating simple mathematical models of the building in its passive configurations as well as in semi-active operation according to an energy storing and suddenly dissipating algorithm. In order to eliminate or at least attenuate the detrimental effects of control delays due to adopted software, electronic apparatus and mechanical inertia of variable dampers' moving parts, a simple ‘sine-fit’ prediction method was conceived, evaluated and adopted in subsequent tests. It is shown that, with adequate anticipation of device operation, the selected control algorithm produces a satisfactory reduction of building response compared to that obtained in passive configurations, with overall system efficiency practically independent of the earthquake input and related only to the properties of the semi-active assembly. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

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。     

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...     

火灾作用下预应力型钢混凝土简支梁承载性能试验研究

进行了两根足尺预应力型钢混凝土简支梁在火灾高温和竖向恒定加载耦合作用下的耐火性能试验,分析了试验梁的温度场分布规律、竖向变形特点和承载性能劣化过程。通过在试验梁端部预设压力传感器,实测了升温过程中梁端部预压力与升温时间的关系曲线。试验结果表明,预压力对火灾高温作用较为敏感,当标准升温100 min时预压力已降至初始预压力的一半,试验中一根梁出现了侧向弯曲变形。因此,对于预应力混凝土结构,火灾高温作用下应考虑构件可能的侧向变形影响。     

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。     

A Semi-active Oleodynamic Damper for Earthquake Control. Part 1: Design, Manufacturing and Experimental Analysis of the Device

Within an experimental research project financed by the European Union, a prototype semi-active oleodynamic damper has been conceived and manufactured in Italy starting from technology today currently adopted for passive energy dissipation devices. The new device was obtained by just adding two identical electrovalves and an external oleodynamic circuit to a commercially available silicon oil damper. Static and dynamic tests performed on the damper allowed to determine its stiffness and energy dissipation characteristics when passively operating (both electrovalves are always closed or open) as well as to measure the release and insertion times of the electrovalves during opening and closing tests. The experiments indicated a non-linear quadratic viscous constitutive law for the damper as well as operating times of electrovalves in good agreement with specifications given by the manufacturer. A semi-active assembly composed by the prototype damper and external flexible steel plates was then mounted and subjected to further tests in order to definitively characterize through a simple mathematical model the entire system and to completely identify its operating delays and their physical sources. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.