混沌遗传算法在高层结构风振控制优化中的应用研究

将混沌遗传算法(Chaos Genetic Algorithm,简称CGA)引入高层结构的风振控制优化中,对采用黏弹性阻尼器来控制风振响应的高层结构进行参数优化;用Matlab语言编制了均布法、迭代法、简单遗传算法(Simple Genetic Algorithm,简称SGA)和混沌遗传算法的风振控制优化分析程序;对9个高层结构进行风振控制优化,对比了算法程序的计算效率以及无控、均布、迭代、SGA和CGA工况下的结构风振响应。研究结果表明:混沌遗传算法可以应用于高层结构风振控制优化之中;混沌遗传算法的计算效率比简单遗传算法最高提升了29%;经混沌遗传算法优化后,黏弹性阻尼器附加给结构的附加阻尼比与均布和迭代相比最高分别提高了61%和22%,CGA工况的顶层加速度响应与均布和迭代法相比最高分别减小了14%和12%。为高层结构风振控制优化研究提供了新思路,具有一定的理论价值和实际意义。     

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。     

高层建筑附着升降脚手架风振系数研究

附着升降脚手架是适应高层建筑,特别是超高层建筑施工需要的新型脚手架,近年来,在我国应用较为广泛。风荷载是该类脚手架的主导设计荷载,特别是当爬升至150m高度以上时,风荷载对脚手架的安全使用起着决定性作用。风振系数是脚手架风荷载计算中的重要参数之一。本文通过对脉动风作用下附着升降脚手架与建筑结构共同工作的随机振动分析,得到了附着升降脚手架在爬升阶段和下降阶段的风振系数表达式。对本文大量电算结果与现行国家标准和地方规程的有关规定进行了比较分析后认为,脚手架在爬升阶段和下降阶段的风振系数与所附着建筑结构的风振系数有着不同的数值及变化规律。现行国家标准和地方规程对于爬升高度超过100m时将某一位置处脚手架的风振系数用建筑结构在该点的风振系数来近似代替,或根本不计入风振系数的做法,会使得附着升降脚手架的风荷载计算在爬升阶段以及下降阶段产生不同性质或不同程度的误差。本文建议不论附着升降脚手架的使用高度是否已超过100m均应计算脚手架自身的风振系数。     

基于风速时程的体育场挑篷结构风振响应分析

依据自回归(AR)法,确立了考虑风速时程空间相关性的模拟方法,并利用Matlab语言编制了相应的程序。基于上述方法,模拟了某体育场挑篷结构的风速时程,并对所得风速时程离散值进行数理统计分析,结果表明模拟谱与目标谱吻合较好。根据结构风振响应分析的需要,将模拟风速转变为风荷载对结构进行时程分析,获得了结构风振响应,为结构抗风设计提供依据。计算表明,基于风速时程的结构风振响应分析方法可有效分析体育场挑篷的风振响应。     

多阶梯被动变阻尼装置高层建筑风振控制性能化设计方法

多阶梯被动变阻尼装置(multi-stage passive variable damping device, MPVDD)能够随外部激励速度变化机械式实时改变阻尼系数,同时不需要外部能量供给和反馈控制,与粘滞阻尼器相比,MPVDD耗能效果明显。在不同阶数MPVDD控制下的高层结构响应控制效果分析表明,多阶梯被动变阻尼装置出力范围大,可用于风振控制。根据风振分析结果提出了针对多阶梯被动变阻尼装置的风振控制性能水准和性能指标,以及多阶梯被动变阻尼装置高层建筑风振控制性能化设方方法,该设计方法可以对不同重现期的风荷载激励下的结构响应针对性设计,最后通过工程实例设计给出了完整的设计过程,从而证明了该方法对高层建筑风振控制的有效性和可行性。     

高层建筑横风向反应的模糊神经网络控制

介绍了第3代结构风振控制基准问题的定义。通过观测部分楼层加速度和控制力输出,建立了模糊神经网络控制器,解决了传统控制中有限的传感器数目对系统振动状态估计的困难;利用模糊神经网络预测结构的控制行为,消除了闭环控制系统中存在的时滞;通过模糊神经网络控制器的学习功能,解决了土木工程复杂结构模糊控制中难以依据专家的主观经验来确定模糊控制规则和语言变量隶属函数等困难。以风振控制的基准问题为研究对象,编制了程序对受控系统进行数值仿真分析。分析表明,模糊神经网络控制策略能有效地抑制高层建筑的风振反应。     

高层建筑结构风振力上限识别

将积函数极值法应用于高层建筑结构风振力上限识别,在体系刚度分布未知的情况下,利用风振反应上限值可以进行初步设计或抗风验算。     

TMD参数对高耸结构风振控制的影响

以电视塔为例，研究了被动TMD系统对高耸结构风振控制的效果和影响其控制效果的相应参数，然后对TMD参数进行了优化设计，得到了系统更加突出的控制效果。     

大连国贸大厦高层水箱风振控制研究及应用

本文针对一实际工程结构———大连国贸大厦,研究了风荷载作用下调液阻尼器的减振控制作用。首先建立了该结构的简化计算模型,利用Davenport谱给出了模拟风荷载。在大厦所处位置进行多次测量,得到实际风速样本。选取其中风速较大、过程平稳的样本,对实测样本和模拟样本的频谱进行比较,验证了模拟风荷载的合理性。文中将大厦顶层的生活水箱设计成可减小结构位移及加速度反应的控制装置TLD(tuned liqu id damper),根据不同工况进行数值计算,选出最佳方案,设计出可实际应用、并达到一定减振效果的减振水箱,以提高大厦在风荷载作用下的舒适度。     

单向张弦梁结构风振响应的时域分析

张弦梁屋盖结构自重轻,地震作用下的动力问题不是结构设计的控制因素,但是在风荷载作用下结构的动力响应较为显著,在设计中应给予足够重视。本文首先利用Matlab编程工具,模拟结构的风速时程曲线,然后利用有限元软件中的瞬态动力学分析模块对这种结构进行动力时程分析,讨论其在脉动风荷载作用下的动力响应,并将结果和频域法脉动风荷载的分析结果进行对比,验证了计算结构的可靠性。得到一些有意义的结论,供张弦梁结构的工程应用参考。     

Effects of high modes on the wind-induced response of super high-rise buildings

For super high-rise buildings,the vibration period of the basic mode is several seconds,and it is very close to the period of the fluctuating wind.The damping of super high-rise buildings is low,so super high-rise buildings are very sensitive to fluctuating wind.The wind load is one of the key loads in the design of super high-rise buildings.It is known that only the basic mode is needed in the wind-response analysis of tall buildings.However,for super high-rise buildings,especially for the acceleration response,because of the frequency amplification of the high modes,the high modes and the mode coupling may need to be considered.Three typical super high-rise projects with the SMPSS in wind tunnel tests and the random vibration theory method were used to analyze the effect of high modes on the wind-induced response.The conclusions can be drawn as follows.First,for the displacement response,the basic mode is dominant,and the high modes can be neglected.Second,for the acceleration response,the high modes and the mode coupling should be considered.Lastly,the strain energy of modes can only give the vibration energy distribution of the high-rise building,and it cannot describe the local wind-induced vibration of high-rise buildings,especially for the top acceleration response.     

地王大厦风振TMD主被动切换混合控制研究

本文采用调谐质量阻尼器对地王大厦这一高层建筑在风荷载作用下的顶点位移进行主被动混合控制，即508重现期风荷载作用下用TMD被动控制，1008重现期风荷载作用下切换为TMD主动控制。理论分析和计算表明，这种控制方式造价低，经济效果佳，以较小的能量输入可取得较优的控制效果。     

基于遗传神经网络的大地电磁反演

为进一步提高大地电磁非线性反演的稳定性、运算效率及准确度,将遗传神经网络算法引入大地电磁反演.首先针对大地电磁二维地电模型建立BP（Back Propagation）神经网络基本框架进行学习训练,网络输入为已知地电模型的视电阻率参数,输出为该地电模型参数;再利用遗传算法对神经网络学习训练过程进行优化,计算出多种地电模型网络连接权值和阈值的最优解;最后将最优连接权值和阈值对未知模型进行反演测试,网络输入为未知地电模型的视电阻率参数,输出为该地电模型参数.模型实验表明：遗传神经网络算法充分结合了遗传算法的全局寻优性和神经网络的局部寻优性,相比单一神经网络算法,在网络学习训练中提高了解的收敛成功率和计算速度,在反演测试中能更准确地逼近真实模型.将遗传神经网络算法与最小二乘正则化反演进行对比,理论模型和实测数据都验证了遗传神经网络算法在大地电磁反演中的可行性和有效性.

     

模糊神经网络控制系统优化的实整数混合编码遗传算法

本文提出了采用实数整数混合编码的遗传算法来优化模糊神经网络控制系统的方法,内容包括：增益、输入和输出变量、控制规则的编码、解码、交叉算子和变异算子以及系统优化的实施步骤。用此方法,可以优化确定系统输入和输出变量的隶属函数以及模糊控制规则,此外,针对框架结构地震反应的主动控制,采用本文方法优化建设了模糊神经网络控制系统,并进行了仿真试验和分析。结果表明,本文方法优化的控制系统具有很好的控制效果,而且优于LQ控制算法。     

利用等位移原则估计高层结构的非弹性地震反应(二)

通过高层结构弹性和非弹性地震时程反应分析,研究了两者的位移反应关系。结果表明：结构在不同地震作用下非弹性总位移角反应的平均值与弹性反应十分接近,基本符合等位移原则,可以用后者分析结果直接估计前者;结构最大层间位移角反应的平均值在弱和中等非线性阶段亦与弹性反应十分接近,在强非线性阶段则大于弹性反应,经数据拟合,初步提供了一个在此阶段由弹性最大层间位移角反应估计非弹性反应的近似公式。     

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.     

Direct use of design criteria in genetic algorithm‐based controller optimization

In this study, genetic algorithms are applied to design controllers for the wind‐excited vibration reduction of a 76‐story tall building in the second‐generation benchmark problem. Design criteria and constraints including the comfort requirement for building occupants and the control robustness are directly incorporated in the formulation and evaluation of the fitness and penalty function of the genetic algorithm‐based control design. The method is efficient in obtaining optimal design with multiple constraint conditions. Two controllers are designed with realistic constraints and different robustness criteria. The corresponding results are investigated and compared with LQG optimal control results. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于遗传算法的磁流变阻尼器模型参数识别

磁流变阻尼器是一种具有广阔应用前途的半主动控制装置,但其复杂的力学特性很难精确描述。非线性参数模型是一个相对简单并且能够很好地描述磁流变阻尼器力学特性的力学模型,但该模型既是非线性的、又是非解析的,参数识别十分困难。结合传统遗传算法良好的全局搜索能力和二分法可靠的收敛性,本文提出了一种改进的遗传算法——层次压缩遗传算法。对非线性参数模型的参数识别结果显示：层次压缩遗传算法简单可行,具有较高的识别精度。同时也验证了非线性参数模型描述磁流变阻尼器阻尼力特性的准确性。