结构地震反应最优控制的目标函数和稳定性

对一装有理想半主动阻尼器的智能隔震结构进行了分析,比较了经典最优、瞬时最优和序列最优3种最优控制算法,分别从基于状态反馈和输出反馈的目标函数及稳定性的角度进行了探讨．数值算例结果表明,提出的序列最优控制算法的控制效果优于经典最优控制算法和瞬时最优控制算法,且稳定性良好;在同一控制能量下,基于输出反馈的控制效果优于状态反馈,说明了智能隔震结构采用输出反馈的合理性。     

结构振动序列最优控制算法及其Simulink仿真实现

阐述了序列最优控制算法是针对土木工程结构地震响应振动控制问题中激励不可预知的特点,推导出1 种更为一般的最优控制算法,所获得的最优控制力表达式同时包含了结构响应和地震激励2 部分的影响.该算法增益矩阵与传统的2种最优控制近似算法相比具有时变的特点,提出了在应用该算法进行主动控制Simulink仿真分析时的2种实现方法,并通过AMD控制基准模型对2种实现方法进行了比较,同时也对该算法与现有两种结构最优控制算法的控制效果进行了评价.结果表明,2种实现方法是完全等效的,且在控制效果方面,序列最优控制算法优于现有的2种最优控制算法.     

拟负刚度隔震Benchmark模型减震效果及适应性

基于国际通用Benchmark隔震模型,提出了一种基于磁流变阻尼器的负刚度智能隔震控制策略及其一组有效控制参数.采用Matlab模拟分析了双向地震作用下普通隔震、H2/LQG主动控制、H2/LQG-clipped半主动控制、Passive-on被动控制和拟负刚度控制时模型的地震反应,对比分析了250条不同场地地震波下五种控制方式的控制效果和适应性.结果表明:拟负刚度智能隔震集合了主动和传统半主动控制的优点,其综合控制性能最优,能同时有效降低大地震时隔震层位移和中小地震时上部结构地震反应.研究了不同断层距的近场地震下不同控制方式隔震结构地震反应,得出了近场影响系数.     

斜拉桥地震响应振动控制Benchmark问题研究

文章建立了斜拉桥结构的有限元模型和振动控制Benchmark模型,采用LQG控制算法和最优控制理论,基于MATLAB环境的Simulink程序,对斜拉桥结构振动的主动控制以及Benchmark问题进行研究,给出了独塔双面索斜拉桥在随机干扰作用下振动控制的仿真结果.     

滑移隔震结构的瞬态最优半主动控制

提出了一种摩擦力可控的滑移隔震结构半主动控制方案．考虑上部结构的刚度和阻尼，采用一阶微分方程模拟时滞的影响，与结构的振动微分方程一起作为整个系统的状态方程，使用瞬态最优控制算法计算基底摩擦力的大小，通过计算实例对这种摩擦力可控的滑移隔震半主动控制方案进行了分析．结果表明，对于消极的滑移隔震结构，当基底摩擦力较小时，其上部结构的最大加速度响应值虽然小，但基底最大滑移量很大；当基底摩擦力较大时，滑移量和残余位移虽然可以减小，但上部加速度反应却很大．通过半主动控制后，不但具有较好的隔震效果，而且能有效地减小基底的最大滑移量及残余位移．     

MR阻尼器智能基础隔震系统数值模拟研究(Ⅱ)

针对铅芯橡胶垫作为一种被动控制装置,存在最优控制范围窄的局限性,将磁流变阻尼器与橡胶隔震垫相结合,组成智能基础隔震系统应用于结构振动控制中,数值模拟分析了结构在不同地震波、不同地震力作用下铅芯橡胶隔震垫隔震和MR智能隔震下的反应.计算结果表明:MR智能基础隔震可以对宽频域不同大小的地震激励提供最优控制.     

带有磁流变阻尼器的结构振动实时控制试验

对一带有SG-MRD40磁流变阻尼器的3层钢框架模型结构进行了结构减震控制模拟试验,基于Matlab/Simulink及WinCon编制实时控制软件,将依据LQG控制算法的最优控制,通过Q8系列HIL控制卡输出通道驱动继电器开关,将所需电压施加到阻尼器上,在振动台上进行了0～40Hz正弦扫频及前3阶自振频率的正弦波下LQG半主动控制系统的试验.试验结果表明,通过Matlab/Simulink调用WinCon实时控制软件进行半主动控制是有效的,半主动控制系统能够使模型结构的地震响应得到显著的降低,其中顶层位移响应和绝对加速度响应的峰值减小了近40%左右,而所需电源功率只有10W左右.     

多自由度电流变阻尼隔震结构的数值分析

采用电流变智能隔震装置对多自由度结构进行了基础隔震控制.给出了电流变智能隔震装置的基本构造,提出了隔震装置的恢复力模型.根据摩擦结构运动机理,分析了隔震结构的动力特性,给出了隔震结构各阶段的运动方程及其判别准则,编制了结构非线性动力分析程序.对多自由度隔震结构进行了动力时程分析,分别采用3种恢复力模型的隔震装置对结构进行控制.结果表明,采用电流变智能隔震装置对结构进行控制可以有效地限制隔震层的位移.此外,拟限位型隔震装置还可以有效降低结构加速度,拟摩擦装置对结构加速度有所增加.     

旋转柔性智能结构振动滑模控制方法研究

基于Hamilton原理和高阶模型理论,建立了旋转刚柔耦合智能结构的动力学模型,并通过滑模变结构控制(SMC)对结构的振动进行控制.通过一阶近似模型理论考虑了结构轴向、横向和转角相互间的耦合作用,即考虑了柔性梁和智能材料的几何非线性.利用有限元方法得到了考虑离心刚化效应的有限维模型.利用滑模控制方法对结构的振动进行抑制.滑模面通过最优化方法得到.数值仿真结果表明滑模控制方法有效地控制了带有参数扰动的旋转柔性智能结构振动.     

多单体组合隔震结构考虑摆动的振动控制研究

组合隔震结构体系中,当基础隔震体上部结构层间刚度相对较小、垂直荷载较大,且其采用的叠层橡胶垫的橡胶总厚度较大时,隔震支座不仅会产生水平变形,同时也会产生竖向变形,导致上部结构产生摆动,而这种摆动可能对隔震体本身及联接体的振动控制产生影响。推导了组合隔震结构考虑摆动的振动及控制方程,分析研究了摆动对组合隔震结构的振动控制影响。研究表明:在组合隔震体系中,隔震体的摆动对隔震体本身及联接体的振动控制都有一定的影响。     

安装智能摩擦阻尼器的高层建筑结构振动控制一般算法

基于二次型控制目标函数的最优控制理论,从目标函数的泛函变分出发,用序列最优算法对目标函数进行求解,得到摩擦阻尼器最优正压力系数表达式,依此可以计算出比较精确的正压力数值解,并根据智能摩擦阻尼器的出力饱和与防止阻尼器锁死两种情况对正压力进行修正.算例表明这一算法对摩擦阻尼器的控制是有效的,可以发挥摩擦阻尼器的摩擦耗能功能,结构的层间位移和层间相对速度的峰值比未安装阻尼器时的地震响应峰值均得到明显降低.     

基于Kalman滤波和LQG控制的起重机控制研究

针对双载荷轨道起重机在抬升重物时的消摆时间长、定位速度慢的问题,提出采用最优控制理论和卡尔曼滤波算法,设计线性高斯二次型(Linear Quadratic Gaussian, LQG)控制器并对其进行残余振动抑制。首先,运用Lagrange方程建立起重机系统的非线性动力学方程,其次,运用雅可比矩阵将非线性方程线性化,得到系统的状态空间方程;通过证明线性系统的可控性和可观性,选择合适的权函数,设计最优二次型线性调节器(Linear Quadratic Regulator, LQR)和最优状态估计器来得到LQG控制器,通过建立相关模型的Simulink控制系统仿真表明：设计的LQG控制器能有效衰减残余振动;通过与PID控制器对比分析,所提出的LQG控制器能更有效衰减残余振动幅值,振动的超调量更小,所需的稳态时间更短,验证了该控制策略的有效性和可行性。     

受约束时间最优控制问题罚函数法收敛性分析

通过罚函数方法,受约束时间最优控制问题的求解可转化为对带罚函数的无约束最优控制问题的求解.文中证明当罚因子趋于无穷大时,用罚函数构造的无约束最优控制问题的解收敛于原来受约束时间最优控制问题的解,从而为用罚函数方法求解受约束时间最优控制问题提供理论保证.     

高层建筑风振的离散随机最优控制

建立了高层建筑风振控制的离散时间状态差分方程．利用离散随机最优控制理论,基于顺向脉动风荷载的竖向相关性,设计了具有离散卡尔曼滤波器结构的输出反馈控制器．通过具体算例说明在状态不完全可知的情况下,随机离散输出反馈控制能有效的减少结构的顺向脉动风振反应．     

一种对多层建筑振动半主动控制的新算法

为了有效抑制多层建筑的地震响应,提出了自适应神经网络控制(MGA_ANNC)策略.首先对非确定性和非线性结构的参考轨迹进行了追踪,并采用径向基函数网络来保证追踪的精度.然后利用改进的遗传算法(MGA)对结果参数向量的初始值进行了选定.最后结合改进的剪切最优(MCO)控制算法提出了适合调谐质量-磁流变阻尼器(TM-MRD)的MGA_ANNC/MCO半主动控制算法.分别对一座9层框架结构在无控制、MGA_ANNC/MCO半主动控制、MGA_ANNC主动控制和LQG主动控制下的各项评价指标值进行了计算.结果表明:MGA_ANNC/MCO和MGA_ANNC的减震效果均比LQG的要显著.     

基于线性二次型高斯（LQG）理论的最优制导规律

以线性二次型高斯（LQG）理论为基础，研究一种最小化末端脱靶量和拦截周期内控制能量消耗的具有可变有效导航比的LQG最优制导规律，分析了这种制导规律的有效导航比及其在战术导弹上的应用，应用伴随方法对这种制导规律进行制导性能仿真计算。结果表明：这种制导规律的控制精度高，机动过载要求小。     

航天器姿态和振动的拉索控制模型

在工程中,航天器的姿态控制和柔性部件振动控制一般采用分开设计和分时段执行,这样增加了航天器的控制时间。该文采用拉索结构作为控制作动器,用模态叠加法对航天结构模型进行刚柔耦合建模,并用线性二次型最优控制方法设计一个控制算法,对航天器姿态及其柔性部件同时进行控制。仿真结果显示,航天结构在各种激励下产生的姿态漂移和柔性附件振动同时得到了快速稳定的抑制。针对拉索控制的特点,分析了拉索的支座反力对控制系统的影响。结果表明,在结构建模中如果不考虑支座反力,将会导致控制系统不稳定。