遗传算法优化的非线性钢结构模糊控制研究

采用遗传算法优化模糊控制算法的隶属函数及比例因子,通过压电变摩擦阻尼器实现减少非线性钢结构的地震响应。采用双输入单输出的模糊控制器,选取结构的层间位移的绝对值、层间速度的绝对值作为模糊控制器的输入变量,输出变量为作用电压,选取三角形函数作为输入、输出变量的隶属度函数,使用遗传算法对隶属函数及比例因子做出优化。以3层非线性钢结构地震响应为例,分别对模糊控制算法及遗传算法优化后模糊控制算法进行数值分析,结果表明:经遗传算法优化后的模糊控制,进一步降低了非线性钢结构的加速度和位移等响应。     

改进的基于MR阻尼器的斜拉索模糊半主动控制有限元模拟

模糊控制应用在斜拉索-MR阻尼器振动控制时,可直接通过系统的响应得到MR阻尼器的输入电压,简单实用,不过需要大量调试才能得到系统响应的量化因子,工作量较大.在基于MR阻尼器斜拉索参数共振模糊半主动控制的基础上,提出一种改进的方法,使得模糊控制计算更加智能.以红水河特大桥的M22和M13拉索为研究对象,对其参数共振进行振动控制研究.结果表明:改进的基于MR阻尼器斜拉索参数共振模糊控制方法相比一般模糊控制方法更加智能,不需要斜拉索无控制时的响应可确定输入变量或输出变量的基本论域和量化因子且采用改进的模糊半主动控制方法进行振动控制时,阻尼器所需电压均小于一般模糊控制时所需电压.     

杆式压电摩擦阻尼器性能的数值分析

杆式压电摩擦阻尼器是一种新型可调滞回模型的阻尼装置.本文提出了杆式压电摩擦阻尼器的基本构造,对其力学模型进行了理论分析和推导,建立了阻尼器的数值分析模型.根据推导出的力学模型,模拟了新型阻尼器的多种可调滞回曲线.通过改变新型压电摩擦阻尼器的变形或速度与外加电场强度之间的函数关系,实现了拟摩擦型、拟限位型及拟黏滞型滞回模型.通过单自由度结构减振控制数值分析算例,进一步验证了杆式压电摩擦阻尼器的减振效果.结果表明,新型杆式压电摩擦阻尼器在采用拟黏滞型滞回模型时,对结构的位移、速度和加速度控制效果分别可达到80%、50%和10%左右;采用拟摩擦型滞回模型时,对结构的位移和速度的控制效果可达到70%和48%,但由于控制力始终保持在较大水平不变,因此对加速度的控制效果稍差.     

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%。     

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.     

基于自复位变摩擦阻尼器的结构减震控制

目的针对常摩擦力摩擦阻尼器不能根据结构反应实时调整滑动摩擦力、导致减振效果不稳定的问题,研发一种自复位变摩擦阻尼器.方法基于库仑摩擦定律建立自复位变摩擦阻尼器的恢复力模型,通过对设置以及未设置阻尼器的结构分别进行确定性及随机地震反应分析,研究该阻尼器的减振效果.结果确定性地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能够有效减小结构的层间位移反应,而绝对加速度反应通常有所增大;随机地震动作用下,自复位变摩擦阻尼器能明显减小无控时层间位移较大楼层的位移反应,多数楼层绝对加速度均方根值的均值和标准差有所减小,而楼层绝对加速度峰值大多增大.结论自复位变摩擦阻尼器能明显降低结构的位移反应,且位移控制效果基本上不随输入地震动加速度峰值的变化而改变,但受控结构的加速度反应通常较无控结构有一定增大.     

MR阻尼器对桅杆结构风振响应的模糊控制

采用双输入单输出的模糊控制策略,研究了MR(Magnetorheology)阻尼器对桅杆结构风振响应的模糊控制问题,并进行了模拟仿真分析.结果表明,模糊控制是一种有效的控制策略,其控制效果优于基于位移的半主动控制.     

磁流变阻尼器的磁滞效应与神经网络预测调整

研究了磁流变阻尼器的磁滞效应对控制效果的影响,提出了采用神经网络预测的方法来减小磁滞效应对振动控制的不利影响.通过过去时刻和当前时刻的结构响应来预测将来时刻的结构响应,并用线性最优控制(LQR)算法经将来时刻结构响应计算得到主动控制力,为磁流变阻尼器产生该主动控制力赢得时间.研究结果表明:通过神经网络预测能有效补偿磁滞时间,使控制效果接近无磁滞效应的控制效果.     

基于磁流变阻尼器的冲击缓冲系统控制方法

针对磁流变阻尼器在冲击缓冲系统中的应用,该文对其控制方法进行理论和实验研究.设计了冲击载荷下磁流变后坐缓冲试验系统,通过磁流变阻尼器的动态试验分析选定控制区域,提出将磁流变阻尼器多项式动力学模型应用于缓冲系统的仿真建模以及输出电流的反解,分别设计了一维和二维模糊控制器.用两种量化的充满度评价后坐缓冲的控制效果,仿真和试验结果表明,相对于原始后坐缓冲效果,磁流变后坐缓冲装置在模糊控制作用下的充满度指标明显提高,其中二维模糊控制效果较一维模糊控制效果更优.     

频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器的影响

为了研究黏弹性材料频率依赖性对黏弹性调谐质量阻尼器控制性能的影响,引入了黏弹性材料的等效分数阶开尔文模型,建立了结构-黏弹性调谐质量阻尼器系统的动力方程.定义了储能模量和损耗因子的频率依赖性指标,分析了频率依赖性指标对受控结构和阻尼器动力响应的影响规律,通过数值算例验证了黏弹性调谐质量阻尼器良好的控制效果.结果表明:黏弹性材料储能模量的频率依赖性水平越高,黏弹性调谐质量阻尼器的控制效果越好,其自身的响应越小;损耗因子的频率依赖性水平对黏弹性调谐质量阻尼器控制效果影响较小,但其数值大小直接影响了黏弹性调谐质量阻尼器的最优频率比和控制效果.     

设置FVD框架结构的非线性地震反应控制研究

根据粘弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自的特点,设计出一种新型粘弹性-摩擦阻尼器(FVD)耗能装置．针对粘弹性材料的分数导数模型和摩擦单元的力-位移-滑移量的矩阵关系式,建立了FVD精确的有限元模型,推导了FVD单元刚度矩阵和控制力向量计算公式和求解方法;根据钢筋混凝土框架结构的非线性特性,建立了设置FVD非线性钢筋混凝土框架结构地震反应时程分析的控制方法．最后,应用本文方法,对设置FVD的非线性钢筋混凝土框架结构进行了在罕遇地震和多遇地震作用下的时程分析,并根据计算结果对其减震效果进行了分析讨论．     

压电分流阻尼的虚拟实现

提出压电分流阻尼技术的虚拟实现方法,用主动控制的方法来真实地模拟被动压电分流阻尼器的效果。利用压电分流阻尼系统的动力学基本方程设计反馈控制器,建立相应于LR串联分支电路的反馈控制结构,整个闭环控制系统稳定或渐进稳定。虚拟实现方法避免了大电感的要求,可以在线调节电感和电阻的数值以适应环境的变化,克服了物理压电分流阻尼器的两大缺陷。数值仿真结果表明,虚拟实现方法能够有效地控制连续结构的振动。     

采用摩擦型阻尼器的斜拉索被动控制

研究了较常用的线性粘滞阻尼器具有更高附加阻尼的非线性摩擦型阻尼器的斜拉索振动控制.首先通过单自由度系统详细分析了摩擦型阻尼器的非线性阻尼特性.进而采用张紧弦模型模拟斜拉索,通过Galerkin方法建立了斜拉索-摩擦型阻尼器系统的运动方程.采用半解析半数值方法分析了斜拉索自由振动的阻尼特性,对其阻尼机理进行了讨论.通过对拉索模态阻尼比的参数分析,得到了阻尼器参数和拉索附加阻尼关系的通用设计曲线,并与已有实索试验结果进行了比较,两者吻合良好.研究了摩擦型阻尼器的参数优化取值,结果表明拉索的最大模态阻尼比依振动初始条件等参数影响分布在一个范围而非定值,其下限值仍高于采用线性粘滞阻尼器时所获得的最大模态阻尼比.     

大跨桥梁结构地震反应分析及优化阻尼控制

对大跨桥梁结构进行地震反应分析及优化阻尼控制。考虑中间支承的弹性对桥梁结构地震反应的影响,提出在桥墩处设置集中旋转阻尼器,对阻尼参数优化,并给出一种新的旋转摩擦阻尼器的基本构造。采用离散元法将桥梁结构离散为具有n个刚杆且由(n+1)个弹性点元相连接的离散系统,并由Lagrange方程推导离散结构的运动方程。实例分析了一三跨等跨的连续桥梁结构,结果表明中间支承的弹性对地震反应有显著影响,施加优化阻尼控制后,其地震反应显著降低。     

结构被动控制研究进展

介绍了建筑结构被动控制的理论机理和研究发展动态 ;对被动控制中的隔震、消能减震和被动调谐减震等进行了重点论述 ,包括各种被动控制类型的试验研究、设计、工程应用及其未来发展趋势。     

新式调谐液体阻尼器的进展研究

介绍并分析了六种新颖的调谐液体阻尼器(TLD)。其中斜底式TLD、附加磁性流体式TLD(TMFD)与圆锥式TLD设计的主要目的是优化TLD中液体的晃动力;内表面带凹槽的TLD(WSDE)与带夹板网筛的TLD设计的主要目的是增加水箱内液体的耗能;带挡板式TLD设计的主要目的则是拓宽TLD的有效频率带宽。此外,提出了一种可控式TMD-TLD混合调频系统(controllable TMD-TLD hybrid system,CTTHS);而CTTHS能够保证结构物在工程振动中出现频率偏移时的减振效果。     

利用模糊控制器确定磁流变半主动控制结构的参数

为了瞬时而准确地确定磁流变半主动控制结构的控制电流,有效地减小受控结构的动力反应,采用了模糊控制器确定磁流变阻尼器的输入电流.以地震加速度激励和结构位移反应为输入,以控制电流为输出,根据抗震规范和实际经验合理地设计模糊控制器,采用模糊控制器所确定的电流对建筑结构实施半主动控制.通过对一个3层钢筋混凝土结构进行实例分析,并与双态控制结构和未控结构进行对比研究可以得到:在模糊控制中,无论是对于位移反应还是加速度反应都比双态控制好,而且有效地避免了小激励时的动力反应放大问题.     

工程结构粘滞流体阻尼器减振新技术及其应用

介绍了结构控制和消能减振技术的减振机理和减振设计方法，对不同结构构造的粘滞流体阻尼器的耗能原理进行了研究，研制出了一种性能稳定的双出杆型工程结构减振粘滞流体阻尼器，研究表明，研制的粘滞流体阻尼器是一种无刚度的速度相关型阻尼器，阻尼器的阻尼力与活塞的运动速度近似呈线性关系，对一栋顶部设置有钢塔的高层建筑实施了减振控制，计算结果表明，流体阻尼器可有效地降低结构在强震和大风下的振动反应，是一种性能良好的消能减振装置。     

有源结构声辐射控制分布次级力源模型

在结构声辐射的主动控制中，以矩形板结构压电陶瓷为次级分布力源，首次建立具有最佳抑制声辐射效率的分布压电振动力学模型，在此模型基础上实验分析了简支状态下的模态效应，这为ＴＭＳ３２０Ｃ３０信号处理系统的有源结构声辐射控制试验系统解决了重要理论问题，该系统较之以点力为次级力源系统前进了一大步，并具有通用性。