结构地震反应的模糊控制

MR阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置,已广泛应用于结构振动控制领域。本文针对MR阻尼器控制系统的特点,提出了一种基于遗传算法的模糊控制器设计方法,对地震作用下的建筑结构实施模糊控制。该方法将多目标遗传算法NSGA—II和模糊控制技术相结合,人工设计基本模糊控制器,以位移、层间位移和绝对加速度为控制目标,利用NSGA—II来优化生成最优的模糊控制规则。一个3层结构的仿真结果表明。所设计的模糊控制器在四种不同的地震波作用下均能有效地减小结构的地震反应,控制效果明显优于被动控制,与Clipped-LQR控制效果接近。     

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.     

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.     

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.     

压电变摩擦阻尼结构的模糊控制

为了减轻结构的地震反应,提出了模糊控制算法用于结构的振动控制,控制的目标是减轻结构的位移和加速度响应.设计制作了一款新型的压电变摩擦阻尼器,并将压电变摩擦阻尼器作为控制装置,通过模糊控制算法建立了施加在压电变摩擦阻尼器上的电压与结构的响应关系,量化因子对模糊控制的效果影响极大,通过试算,本文给出了量化因子的计算公式.算例表明,对于安装有压电变摩擦阻尼器的结构,采用模糊控制算法的效果很好.     

基于磁流变阻尼器的汽车半主动悬架的神经模糊控制

为了抑制由路面不平引起的车辆振动,该文采用磁流变(MR)阻尼器和神经模糊控制算法实现对车辆悬架系统的半主动控制,并在四分之一汽车的两自由度模型上进行了仿真计算.采用的神经模糊控制器能通过反馈的车身加速度,经过计算输出一个恰当的电压到MR阻尼器实时连续地改变其阻尼特性,实现对车辆悬架系统半主动振动控制.仿真结果表明:和被动悬架相比,基于MR阻尼器和神经模糊控制算法的半主动悬架系统对由路面不平引起的车辆振动有明显的控制效果,具有良好的应用前景.     

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。     

基于智能算法的磁流变阻尼器位置优化

为了控制20层Benchmark建筑在地震作用下的非线性地震反应,采用改进的遗传算法确定MR阻尼器的优化设置位置.将标准遗传算法的遗传操作作相应改进,并进行给定数量的MR阻尼器优化配置的数值仿真分析,解决多约束非线性整数优化问题.结果表明,采用改进的遗传算法进行MR阻尼器位置设置优化后的半主动控制,能有效地降低结构在地震荷载作用下的响应,进一步提高了平均控制效果.     

柴油机双层隔振系统半主动模糊控制

针对柴油机的双层主动隔振系统,提出了基于MR阻尼器的半主动模糊控制方法.通过建立柴油机双层隔振的半主动控制模型,设计了双输入单输出的模糊控制器,根据经验和理论分析制定了模糊控制规则,运用MATLAB软件对被动控制与半主动控制联合建模并仿真.结果表明:与被动控制相比,半主动模糊控制具有良好的控制效果,能够进一步提高柴油机的减振效果.     

多维地震激励下空间结构MR阻尼器半主动控制

基于LQR算法提出了大跨平板网架结构的空间最优控制力的计算方法，并应用磁流变（MR）阻尼器对大跨平板网架结构的多维地震反应进行振动控制．分别采用半主动控制和被动控制策略，数值仿真了一空间网架结构在三维天津波和El-Centro波激励下的受控地震反应，并对各种控制策略的控制效果进行了比较分析．结果表明，应用MR阻尼器能使大跨平板网架结构的地震反应得到有效控制，同一种控制策略对不同地震激励的控制效果不同；采用半主动控制策略时，结构水平位移和加速度幅值的控制效果可达66．4％和47．5％，其均方根值的控制效果可达80．4％和72．9％；采用被动控制策略时，结构水平位移幅值及其均方值的控制效果也可达到23．7％和33．8％．因此所提出的确定空间最优控制力的方法是有效的．     

偏心框架结构采用扭转调谐液柱阻尼器的设计方法

扭转调谐液柱阻尼器(torsional tuned liquid column damper,TTLCD)是一种有效的扭转振动控制装置.本文对该阻尼器在偏心框架结构中的设计方法进行研究,针对不同的倾斜管道投影点和倾斜角,建立了三种形式的扭转调谐液柱阻尼器在地震作用下的运动方程和控制力方程,给出TTLCD参数优化的具体公式,其方法为对比扭转调谐液柱阻尼器-偏心结构和扭转调频质量阻尼器(torsional tuned mass damper,TTMD)-偏心结构,将两控制系统转化,利用Den Hartog或Ikeda给出的调频质量阻尼器(tuned liquid mass damper,TMD)参数优化公式来实现TTLCD参数优化,最后给出TTLCD的设计流程.通过对一个四层偏心框架结构进行模拟,验证了理论设计方法的合理性.     

高层建筑结构地震反应的分散遗传-模糊控制研究

文章针对地震作用下高层建筑结构半主动控制问题,引入分散控制的策略,将模糊逻辑理论与遗传算法原理相结合,应用遗传算法优化子系统模糊规则库,提出分散遗传-模糊控制(decentralized genetic-fuzzycontrol,简称DGFC)算法,并应用于高层结构振动控制中,通过MR阻尼器实现结构地震反应控制;对某20层钢结构Benchmark结构模型进行数值计算与分析,结果表明,DGFC算法可以有效地抑制结构地震反应,且保证了系统鲁棒性和可靠性。     

偏心结构非线性黏滞阻尼器位置优化的遗传算法求解

目的研究遗传算法在偏心结构中非线性黏滞阻尼器位置优化的应用问题,通过与穷举法结果比较,验证了该优化方法的可行性.方法分别采用了二进制的对称分组和自由分组两种编码方式,基于改进的遗传算法(MGA)和有限元分析软件SAP2000API开发了一种面向偏心结构中阻尼器快速优化布置的平台.推导了基于拟合标准反应谱生成的人工地震动记录的方法,提出了两种为抑制偏心结构扭转效应而设计的评价函数,然后引入两个性能评价指标,进行了大量逐步积分数值分析.与穷举法比较验证了该优化平台对于偏心结构中,给定数目黏滞阻尼器位置优化结果的可靠性和高效性.结果评价函数的设计和编码方法的选择对阻尼器优化影响较大,场地地震动输入会影响阻尼器的位置优化与编码方法的选择相关;力学参数的改变不影响阻尼器的位置分布,但非黏滞阻尼器阻尼系数和阻尼指数取值适中,可以兼顾层间位移角最大楼层和结构总体反应两个方面的减震效果.结论遗传算法与有限元方法的结合,可以方便快捷地解决偏心结构中阻尼器的位置优化的问题.但评价函数、编码方法以及地震动输入的选择要结合实际工程的需要.     

偏心结构利用粘滞阻尼器的空间优化设计

根据地震灾害的经验来看,偏心结构在地震作用下的扭转效应是造成结构抗震性能退化的一个重要原因,而不规则结构在建筑形体越发丰富的今天却又难以舍弃,这就给给结构抗震设计带来了非常大的挑战,目前,国内外有关钢筋混凝土偏心结构的消能减震研究已经有所成效,然而都缺乏数据定量分析的依据,对于工程应用方面的需求仍然存在欠缺.该文利用粘滞阻尼器对偏心结构的扭转藕联振动进行控制,首先建立控制体系的运动方程.以一平面L形偏心结构为算例,考虑不规则建筑的偏心影响,选择双向输入E1-centro地震波,探讨了粘滞阻尼器不同空间优化布置方案对偏心结构抗震性能的影响,分析结果为粘滞阻尼器在偏心结构中的空间优化布置提供了参考.     

框架-剪力墙偏心结构的MRD减振试验研究

为了验证磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)对偏心结构在地震作用下的平-扭耦联反应控制的效果,进行了振动台试验.首先利用Matlab/dSPACE综合试验环境建立可精确描述MRD滞回非线性的双sigmoid模型及框架-剪力墙偏心结构试验控制系统的仿真模型.并介绍dSPACE实时仿真平台的优点及其软硬件资源,阐述基于dSPACE系统进行振动控制试验系统开发步骤.采用RCP技术对框架-剪力墙偏心结构模型进行地震反应振动台试验研究,试验结果表明了MRD对偏心结构扭转反应控制的有效性及MRD不同位置的影响.     

框-剪偏心结构平-扭耦联反应半主动控制试验研究

针对采用磁流变阻尼器(MRD)控制框架-剪力墙偏心结构在地震作用下的平-扭耦联反应.基于Matlab/Simulink软件平台和dSPACE实时仿真系统进行模拟地震振动台试验,分别验证结构在不同地震动输入下被动控制方式和半主动控制系统的有效性.试验结果表明:结构水平及扭转地震反应均能得到显著降低;被动控制对地震动输入较为敏感,而半主动控制的效果要优于被动控制;MRD的位置对控制效果具有重要影响.     

大跨悬索桥地震响应控制的阻尼器最优布置方法

从地震位移控制的原理出发,根据大跨悬索桥结构地震响应的特点,建立了其地震位移控制效果的3种评估函数,提出了一种基于罚函数和一阶优化原理的阻尼器最优布置方法.以主跨1 490 m的润扬悬索桥为研究对象,基于ANSYS建立了该桥的空间有限元计算模型,采用Combin14单元对阻尼器进行模拟,用以研究大跨悬索桥地震位移控制的阻尼器空间最优布置,并给出了该桥在给定地震输入下阻尼器的最优布置.研究结果表明,对于大跨悬索桥而言,只要阻尼器数目及参数选取合理,按合理方式设置均能有效地控制结构的地震位移响应及减小大多数关键截面的地震力,但采用不同控制效果评估函数得到的阻尼器最优布置方案略有差别.     

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.     

巨型钢框架MR智能减震结构的地震反应分析

采用wilson-Θ法求解巨型钢框架MR智能减震结构运动方程,提出基于最优主动控制算法(LQR算法)的双出杆剪切阀式MR阻尼器的半主动控制算法,并选择普通巨型钢框架结构(主结构3层,次结构3层)和巨型钢框,用LQR算法和半主动控制算法分析最大地震反应及控制效果.结果表明,巨型钢框架MR智能减震结构比普通的巨型钢框架结构优越,MR阻尼器能够有效地减小主结构的地震反应.     

考虑偶然偏心的消能减震优化设计

基于偶然偏心增大结构的地震反应而影响减震结构消能部件的耗能效果,提出一种黏性液体阻尼器与防屈曲支撑混合减震策略:将阻尼器安装在底部隔震层消耗地震能量,防屈曲支撑安装在隔震层以上房屋四角,以便小震时提高结构抗扭刚度,减小偶然偏心的影响,大震时消耗地震能量。选择2栋长宽比分别为1.00和2.33的10层框架结构,采用ETABS与PERFORM-3D分别进行弹性与弹塑性时程分析。研究结果表明:偶然偏心对减震结构消能能力的影响不容忽视;当隔震层阻尼器适量时,增大防屈曲支撑抗侧刚度,消能减震效果显著改善;该减震策略所需消能部件较少,可确保建筑空间的利用效率,是一种具有实用价值的消能减震优化设计方法。