高架桥地震响应的半主动控制研究

文章根据高架桥的结构特点,将整个结构简化为多自由度(MDOF)体系,采用磁流变(MR)阻尼器中修正的Bouc-Wen模型和剪切型最优控制(clipped-optimal control)算法对高架桥的地震响应进行了半主动控制研究;同时将MR阻尼器半主动控制与结构被动控制和主动控制的效果进行了对比研究;使用EI-Centro波、Taft波和天津波3种地震波对高架桥-MR阻尼器半主动控制系统进行了数值模拟计算。数值结果表明:基于MR阻尼器的半主动控制能够有效地减小高架桥的水平地震位移,其控制效果明显优于被动控制,且接近于主动控制。     

利用遗传算法的磁流变阻尼器结构含时滞半主动控制

为解决磁流变阻尼器控制系统中普遍存在的时滞问题,提出一种基于遗传算法的磁流变阻尼器结构含时滞半主动控制策略.该策略以含时滞微分动力学方程为依据,采用先进的并行算法对结构控制力进行优化,然后将结果代入磁流变阻尼器的电流与阻尼力关系式中优化出相应的电流,最终将该电流施加给振动系统从而获得理想的控制效果.为了验证该策略的有效性,选用一个在底部安有磁流变阻尼器的3层平面框架为控制对象,通过该策略的优化过程得出了一系列仿真结果,证明该半主动控制策略控制效果明显.     

基于MRF-04K阻尼器的LQG半主动控制系统

在MRF-04K阻尼器动力特性试验的基础上提出了一种能够准确描述该阻尼器特性的滞回模型，通过实测曲线与模拟曲线的对比分析表明，该模型能够真实反映阻尼器的滞回特性．建立了基于MRF—04K阻尼器的LQG半主动控制系统，仅需结构加速度响应作为反馈信息，通过对3层模型结构的计算分析表明，该系统能够充分利用阻尼器的性能，实现较好的减震控制效果．     

相邻模型结构MR阻尼器半主动控制振动台试验

利用振动台对磁流变(MR)阻尼器连接的相邻模型结构的地震响应进行了研究.为了验证基于MR阻尼器控制系统的控制效果,振动台试验中对3种地震激励下的相邻模型结构采用了2种被动控制策略和3种半主动控制策略.试验中,最大电流被动控制策略和3种半主动控制策略使相邻模型结构各层的地震响应皆有明显降低;半主动控制策略皆采用了加速度反馈的方法以减少试验中所用传感器的数量.试验结果表明:MR阻尼器是有效的半主动控制装置,在被动和半主动控制系统中有稳定的控制效果;基于加速度反馈的控制方法适用于具有闭环增益矩阵的控制算法,可以减少控制系统的硬件投入以及增加半主动控制系统在实际工程应用中的可行性.     

海洋羡台磁流变阻尼器半主动控制研究

基于现代最优控制理论建立海洋平台磁流变（MR）半主动控制系统的数学模型，采用白噪声过程通过滤波器来近拟随机波浪力谱。以典型导管架平台为算例，对磁流变阻尼器进行了参数设计。分析了MR阻尼器对海洋平台振动控制的有效性，仿真结果表明，采用磁流变阻尼器对海洋平台进行半主动控制能够有效的减小平台的动态响应。     

MR智能基础隔震结构的抗震分析

为研究MR智能基础隔震结构的抗震性能,应用双线性恢复力模型来描述基础橡胶隔震垫的弹塑性特性,通过模糊半主动控制策略计算MR阻尼器的控制力,建立该混合控制结构的数学模型,并对某MR智能基础隔震的框架结构进行地震作用下的时程反应分析.仿真分析表明：MR智能基础隔震系统不仅能够减小上部结构的地震反应,而且还能够有效地保护基础隔震系统免于因过大变形而产生失效破坏,说明MR智能基础隔震结构是一种性能优异的智能控制系统.     

斜拉索采用MR阻尼器半主动控制的研究

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,对斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行动力分析,考察了 斜拉索基频(张力、索长、质量)、Irvine参数、激励荷载(类型、频率、大小)等各种因素对斜拉索动力响应的影 响,并与MR阻尼器被动控制效果进行了比较,以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指 标．研究表明,MR阻尼器半主动控制对斜拉索抑振效果比MR阻尼器被动控制有较大幅度的提高．位移RMS 减小的幅度可达50％,且在MR阻尼器型号的有效区间内可使多阶振动模态均取得较好的减振效果．     

建筑结构地震反应智能基础隔震的半主动控制

研究磁流变液阻尼器和隔震垫组成的智能隔震系统对结构地震反应的半主动控制方法。磁流变液阻尼器能够有效地改善被动隔震系统的性能，可保护隔震系统因过大的水平变形而产生失效破坏。根据智能基础隔震的特点，建立了基于模糊控制的半主动控制策略。数值计算表明，组合基础隔震的模糊控制系统不仅能够减小上部结构的地震反应，而且能够有效地保护隔震系统的变形，是一种性能非常优秀的控制系统。     

主动或半主动控制系统的时滞与补偿

首先分析了主动和半主动控制系统中时滞产生的原因,接着研究了控制系统时滞的测量和识别方法,然后研究了时滞对控制系统的影响,最后提出了结构振动控制系统时滞补偿的两种策略,即移相法和状态预测补偿策略.通过计算机仿真分析,结果表明:这两种时滞补偿方法都是有效的、可行的.     

基于新型压电摩擦阻尼器的高压输电塔半主动抗震控制

基于笔者开发的以压电陶瓷管状驱动器为核心元件的新型压电摩擦阻尼器,利用ANSYS软件对高压输电塔进行有限元建模,并通过超单元法与MATLAB编程相结合的方法提取输电塔结构的整体刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵。利用MATLAB编制了LQR最优控制策略、最优Bang-Bang半主动控制策略的相关程序,并利用SIMULINK仿真工具箱将二者结合构成适于高压输电塔结构的半主动控制系统。利用所提出的压电摩擦阻尼器及所编制的半主动控制系统,对输电塔进行了EL-Centro地震作用下的振动控制。结果表明,该阻尼器及半主动控制系统能够有效地控制输电塔的地震响应且平均控制效果系数达25%。     

采用磁流变阻尼器的斜拉索半主动控制

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法，对斜拉索和磁流变阻尼器组成的系统进行了动力分析．考察了斜拉索基频（张力、索长、质量）、Irvine参数、激励荷载（类型、频率、大小）等各种因素对斜拉索动力响应的影响，并与磁流变阻尼器被动控制、最优粘性油阻尼器控制效果进行了比较．以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标．研究表明：磁流变阻尼器半主动控制对斜拉索抑振效果比磁流变阻尼器被动控制、最优粘性油阻尼器有较大幅度的提高；索全长全时程振动响应的位移均方根减小幅度可达50％，且在磁流变阻尼器型号的有效区间内，可使多阶振动模态均取得较好的减振效果．     

车辆悬架磁流变阻尼器动态响应及影响因素分析

在驱动器、阻尼器和被控系统等不同层次的动态响应研究范畴,指出了阻尼器动态响应的研究内容及方向;根据车辆悬架磁流变阻尼器的实际运行特点,提出了动态响应的合理描述,并探讨了阻尼器动态响应测试研究的若干重要问题;最后,分析了磁流变阻尼器动态响应的影响因素,为提高磁流变阻尼器动态响应性能指出了研究方向。     

单自由度结构的磁流变阻尼顶层隔振

提出了应用磁流变阻尼装置的顶层隔振控制方法．首先，对小质量比TMD的控制理论进行了深入研究，将最优TMD参数的计算公式推广到大质量比范围．以大质量比TMD控制的减振机理为基础，对顶层隔振结构的动力特性进行了研究，对参数影响进行了分析，建立了合理的顶层隔振结构体系；其次，引入磁流变阻尼器对顶层隔振结构的隔振层进行控制，避免TMD控制范围较窄和隔振层变形过大等弱点；最后，对单自由度结构进行了顶层隔振控制，理论分析结果证明：以大质量比TMD理论为基础的顶层隔振控制方法是有效的，结合了磁流变阻尼器的控制后可以避免这种方法的一些弱点，在不增加结构自重的前提下，能够保证结构良好的控制效果，隔振层的位移和结构层的加速度都得到较好的控制，控制效果达到30％左右，以磁流变阻尼器半主动控制效果最好。     

海洋平台冰振控制试验研究

为了验证磁流变阻尼半主动控制对海洋平台结构冰激振动控制的有效性,针对JZ20-2导管架式海洋平台结构,提出利用橡胶垫和磁流变阻尼器在平台设置隔振层的方案,采用一条实测挤压冰对无控结构、纯隔振结构和磁流变智能隔振结构进行冰激振动控制试验研究.试验结果表明:磁流变半主动控制能有效控制导管架端帽位移和甲板加速度,保证了平台结构的安全度和舒适度,并且能有效降低隔振层位移,满足生产平台采油工艺要求,是一种较好的振动控制方案.     

预测函数控制在确定性网络控制系统中的应用

针对网络控制系统具有不确定时滞的特性,通过在节点中设置缓冲区的方法将随机时滞转化为确定性时滞,从而将网络控制系统从随机系统转化为确定性时滞系统;针对这类时滞系统利用预测函数控制算法设计了控制器,以实现基于模型匹配和多步预测的思想来改善控制性能。通过仿真和基于DCS的模拟系统实验,结果均表明了该方法的正确性和有效性。     

Vibration Control of Jacket Platforms with Magnetorheological Damper and Experimental Validation

Magnetorheological (MR) dampers have been proposed to control the vibration of offshore platforms in this paper. The semi-active control strategy based on fuzzy control algorithm was adopted to determine the optimal output control force based on the responses of jacket platforms. A typical jacket platform in Mexico Gulf was selected as the numerical example to investigate the effectiveness of the proposed control method. Furthermore, a model experiment was performed to validate the results of the numerical simulation. The experimental model of the jacket platform was designed based on dynamical similarity criterion by the scale of 1:50. Both of the numerical and experimental results show that the semi-active control system with the MR damper can reduce vibrations of jacket platforms effectively and at the same time the control effect is stable.     

Semi-active control of a cable-stayed bridge under multiple-support excitations

This paper presents a semi-active strategy for seismic protection of a benchmark cable-stayed bridge with consideration of multiple-support excitations. In this control strategy, Magnetorheological (MR) dampers are proposed as control devices, a LQG-clipped-optimal control algorithm is employed. An active control strategy, shown in previous researches to perform well at controlling the benchmark bridge when uniform earthquake motion was assumed, is also used in this study to control this benchmark bridge with consideration of multiple-support excitations. The performance of active control system is compared to that of the presented semi-active control strategy. Because the MR fluid damper is a controllable energy- dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. The numerical results demonstrated that the performance of the presented control design is nearly the same as that of the active control system; and that the MR dampers can effectively be used to control seismically excited cable-stayed bridges with multiple-support excitations.     

磁流变阻尼器的有限元参数优化设计

磁流变阻尼器结构优化设计是高性能磁流变阻尼器研制及应用的关键技术。在传统磁流变阻尼器设计方法的基础上,将有限元分析方法引入结构优化设计程序中。针对某汽车磁流变阻尼器的设计、开发,建立了优化模型,提出了磁流变阻尼器优化设计计算流程。采用有限元分析软件ANSYS的参数化编程语言APDL(ANSYS Parametric Design Language),对汽车磁流变阻尼器的结构参数进行了优化。研究结果表明:采用参数化编程语言APDL程序对磁流变阻尼器进行优化设计,结构体积明显减小,磁场分布更加合理,能量利用率增加,阻尼力调节范围满足实际工程需要,优化设计方法是可行和有效的。     

时滞对高速铁道车辆悬挂系统半主动控制的影响

利用多体动力学技术和联合仿真的方法及半主动开关控制和改进型开关控制中的时滞,对车辆动力学性能的影响进行了仿真分析.结果表明:无时滞理想状态下,半主动控制对车辆横向动力学性能的控制效果明显,且运行速度越高控制效果越好;时滞对车辆横向动力学性能的影响较大,但并非随着时滞的增大而逐渐恶化,而是呈波浪形起伏,当时滞处于100~200 ms和400~500ms范围时,半主动控制效果最差,甚至失效;考虑时滞后,开关控制效果优于其改进型,这与没有考虑时滞因素时结论相反,证实了时滞分析的必要.