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.     

基于线性矩阵不等式(LMI)的建筑结构抗震H∞控制

本文从H∞干扰抑制理论出发，基于线性矩阵不等式设计了建筑结构在地震作用下的状态反馈最优H∞控制器及r∞次优H∞控制器。分析了评价指标对地震的抑制效果及其意义。控制器的设计不需要考虑外界干扰输入信号，而且算法简单，在线时间短。通过算例分析证实了这种控制器能够有效抑制地震干扰。     

压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数升船结构顶部厂房地震反应的鲁棒控制

文中建立了压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数升船结构顶部厂房地震反应鲁棒控制的设计计算方法，并对中国某升船结构的等效结构体系进行了仿真分析。计算结果表明，智能力矩控制器能有效地减小顶部厂房的鞭梢效应。在考虑顶部厂房因端部山墙引起的侧移刚度不确定性的条件下，智能力矩鲁棒控制器的控制效果和稳定性要优于常规的主动控制器。     

压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数

文中建立了压电材料智能力矩控制器对具有不确定参数升船结构顶部厂房地震反应鲁棒控制的设计计算方法,并对中国某升船结构的等效结构体系进行了仿真分析.计算结果表明,智能力矩控制器能有效地减小顶部厂房的鞭梢效应.在考虑顶部厂房因端部山墙引起的侧移刚度不确定性的条件下,智能力矩鲁棒控制器的控制效果和稳定性要优于常规的主动控制器.     

考虑反馈时滞的建筑结构H∞分散控制方法

土木工程结构具有尺度大、结构复杂的特点,在结构主动反馈控制中,结构的大尺度会导致反馈的时滞大问题,从而影响甚至恶化结构的振动反应,对结构安全不利。为了解决该问题,针对大尺度土木结构反馈过程的时滞问题提出了H∞分散控制方法。由于分散控制器矩阵的块对角形式,现阶段还没有一个具体的理论或现成的软件来解决BMI这个问题。在离散时域内提出了双同伦法将此BMI近似线性化为线性矩阵不等式,并将集中控制器逐步转化为分散控制器。最后通过6层框架数值算例进行了验证,结果表明该方法可以有效地减小结构反馈控制中的时滞问题,保证了控制效果。     

线性多区间时滞系统控制器设计方法

本文针对线性多区间时滞系统,考虑时滞下限非零的情况,研究时滞依赖控制器设计新方法。为了在稳定性条件中引入时滞相关参数,并降低所得控制器保守性,文中分析并设计了包含多个多重积分项的Lypunov-Krasovskii泛函,并提出了一种新颖的非线性项解耦方法,综合应用积分不等式、凸组合、自由权矩阵等技术,给出了基于线性矩阵不等式组(LMIs)的时滞依赖渐近稳定控制器设计新方法。最后,通过实例计算说明了本文方法的有效性。     

静态输出反馈在被动控制设计中的应用

本文研究了将被动结构控制的参数设计转化为静态输出反馈问题的可能性，以及应用线性矩阵不等式工具求解静态输出反馈问题的方法，最后，给出一个TMD控制的H2-γ次优设计算例。     

基于LMI的高层建筑结构分散H2/H∞鲁棒控制

针对输入荷载特性未知的高层建筑结构在集中控制下的可靠性低、计算量大等局限性,本文提出从分散H2/H∞鲁棒控制理论出发,对其进行线性矩阵不等式(LMI)求解,从而实现对多个子系统的多自由度建筑进行分散控制的方法。通过对一个高层剪切型建筑结构进行仿真运算,探讨了土木工程中运用分散控制方法的有效性,以及该方法对建筑结构进行分散主动和半主动控制的一些特性。     

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。     

基于LMI的不确定结构自适应保性能PID鲁棒控制

针对模型参数不确定的结构振动控制问题提出一种自适应保性能PID鲁棒控制(LMIAGCPID)算法。首先,结合传统PID控制理论建立了考虑模型参数不确定性的受控结构扩阶状态方程,同时利用线性矩阵不等式方法,推导了保证系统渐进稳定和性能上界最小的保性能PID控制律,并引入约束条件,将其转化为凸优化求解问题;在此基础上,通过设置能够时变调节比例增益、微分增益和积分增益的自适应函数,进而得到自适应保性能PID鲁棒控制律。最后,对一个3层结构进行仿真分析。结果表明,不同地震激励下,无论结构参数是否存在不确定,LMI-AGCPID控制较LQG控制而言均能更好地抑制结构的振动响应。     

结构振动控制的非光滑控制算法及其应用

针对地震波对建筑结构振动性能的影响,应用非光滑控制算法抑制该振动。首先根据李亚普若夫稳定性理论和齐次系统有限时间稳定理论,论证了所设计控制算法能够实现建筑结构振动的有限时间稳定。在考虑模型带有5%结构参数不确定性的基础上,对1幢受地震冲击的3层建筑进行数值仿真,对比分析了无控制、LQG控制和非光滑控制条件下的振动情形。为了防止控制器出力过大造成建筑结构的破坏和实际难以实现,仿真中对控制力幅值全部加以限制。仿真结果表明,所设计的非光滑控制算法可使系统在有限时间内稳定,并具有良好的抗震性能和鲁棒性。     

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。     

H∞与H2优化控制系统的比较

分析和研究了Ｈ∞优化控制理论在结构主动控制系统中的应用，根据简单的状态方程求解Ｈ∞优化控制器，即对给定的γ，计算Ｈ∞优化控制器，使系统闭环传递函数的无穷大模量小于γ，当于γ→∞时，Ｈ∞优化控制问题转化为著名的Ｈ２（ＬＱＧ）优化控制问题，Ｈ∞优化控制是对最坏情况下功率的优化控制，而Ｈ２（ＬＱＧ）优化控制是对总能量的优化控制。     

基于能力谱的概率-非概率结构体系抗震可靠度

本文用概率模型考虑结构体系抗力不确定性的主要影响因素,用凸集模型考虑地震作用的不确定性,采用能力谱方法,分别求得了结构抗力的概率分布参数及地震作用效应的区间范围,通过二级功能方程方法求得了结构体系抗震可靠度。算例给出了本文方法的计算结果,并与经典概率可靠度进行了对比,表明本文方法是一种简便、合理的结构体系抗震可靠性分析方法。     

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。     

基于性态的非结构构件抗震设计初探

基于性态的抗震设计在国际上已被广泛采用,它被认为是未来抗震设计的主要指导思想。但是现行的基于性态的抗震设计主要针对的是结构构件的性态设计,对非结构构件的性态设计考虑不足,而非结构构件基于性态的抗震设计是完整实现整体建筑结构"基于性态抗震设计"的组成部分。首先对非结构构件的分类进行了重新梳理;分析了不同类别非结构构件的震害表现,总结了非结构构件的破坏模式及震害反应特征,并对相应的控制指标进行了说明;在此基础上,尝试给出了考虑非结构构件的建筑抗震设防目标,绘制了相应的非结构性态目标矩阵;最后,将整体建筑结构的性态目标进行了分解,以期为完整地实现包括结构、非结构的建筑整体的抗震性态设计框架奠定基础。     

耗能结构抗震优化设计

在结构能量分析的基础上,综合考虑层间位移、加速度及阻尼耗能比等抗震指标,分别采用串行优化和一体化优化方法对建筑结构自身构件尺寸及黏滞阻尼器布置和参数进行了同步优化设计研究。结果表明:通过设置黏滞阻尼器来提高建筑结构抗震性能效果十分明显,引入能量指标可以减小设计结果对地震动的敏感性;两种优化方法对阻尼器和结构优化均能取得好的效果,一体化优化效果整体优于串行优化。     

多层结构MTMD振动控制系统参数优化研究

采用振动控制算法中的线性二次型最优控制,研究了在地震作用下的结构控制作用系统参数优化设计,即假定控制器数量、位置,对控制作用参数进行优化.将选取的主结构简化为多自由度模型,将MTMD(多重调谐质量阻尼器)对结构的反力与地震荷载共同作为结构的荷载输入分析;基于对主结构多模态耦合作用的考虑以及MTMD加载位置的初步假定,以二次型性能指标对系统状态方程加以控制.得到控制效果与利用最优参数法的结构控制效果做进一步比较验证.最后利用ANSYS优化设计模块,对已得到的控制器参数进行二次优化.     

微种群遗传算法优化结构振动控制

本文将微种群遗传算法应用到结构振动控制中，用遗传算法优化控制器，以解决一类用经典线性反馈控制无法解决的半主动控制的优化问题，该方法提出将非线性控制问题线性化，导出了简化过程，然后利用遗传算法求解，它具有利用微种群遗传算法全局寻优，并且对目标函数的性态要求较少的特点，数值算例表明，本文方法是有效的。     

基于模型参考的结构非线性自适应减振控制

本文针对非线性结构振动控制问题,提出了一种将线性二次型最优(LQR)控制算法和模糊控制算法相结合的自适应减震控制方法。以原线性结构,即名义系统作为参考模型,基于参考模型设计了LQR控制器,并利用遗传算法优化LQR控制器的加权系数;将结构振动中的非线性部分作为不确定参数,以此来设计模糊控制器,弥补了结构非线性部分对振动控制的影响。最后,通过钢筋混凝土非线性结构算例验证本文所提算法的有效性。结果表明:强震作用下,结构构件会产生屈服进入非线性阶段,而基于线性参考模型设计的LQR控制器并不适用于非线性结构;模糊控制器可以补偿结构非线性产生的影响,达到自适应减震控制的目的。