MR阻尼器在抑制斜拉桥拉索风雨振中的应用研究

介绍了磁流变 ( MR)智能型阻尼器的原理 ,通过在我国洞庭湖大桥拉索振动控制的试验 ,得出在安装 MR阻尼器后拉索等效模态阻尼比的优化值 ,从而可调节 MR阻尼器外接电压值实现对拉索振动的优化控制 ,为探索更有效的抑制拉索振动方法提供了科学依据 .现场实测的风雨振现象 ,也证实了 MR阻尼器的实际制振效果     

基于改进的Bang-Bang控制算法的拉索半主动控制研究

为了提高磁流变(magnetorheological,MR)阻尼器对斜拉桥拉索振动的控制效果,避免在经典的Bang-Bang控制算法下拉索振动幅度很小而MR阻尼器出力却很大的不合理情况,提出基于位移限定的改进的Bang-Bang控制算法(以下简称新算法)。在Simulink中建立相关模型进行数值模拟分析,将基于新算法的半主动控制的控制效果与主动控制、被动控制及基于经典的Bang-Bang控制算法的半主动控制的控制效果进行比较。结果显示,基于新算法的半主动控制对拉索振动控制效果要好于被动控制及基于经典的Bang-Bang控制算法的半主动控制,其控制效率相对于被动控制和经典的Bang-Bang控制算法分别提高30%和10%以上。这表明新算法对拉索的振动控制效果有一定的改善,因而对实际工程有一定的参考价值。     

一种对高层建筑振动半主动控制的新策略

为了解决调谐质量阻尼器(TMD)的有效工作频域较窄和主动质量阻尼器(AMD)的控制力存在时滞效应的问题,提出在TMD中嵌入磁流变阻尼器(MRD)的新型半主动控制装置——TMMRD。采用模糊控制器取代传统滑动模态控制(SMC)的不连续"开关"式控制和等效控制的不确定性规则,基于Lyapunov函数设计自适应模糊控制律,结合改进的限幅最优(MCO)控制算法提出适合TMMRD的自适应模糊滑动模态半主动控制(ASMC/MCO)策略。运用TMD被动控制、ASMC/MCO半主动控制、ASMC主动控制和线性二次型高斯(LQG)主动控制分别对一座30层钢框架结构进行地震响应分析。研究结果表明:提出的ASMC控制策略的鲁棒性明显优于LQG;ASMC/MCO控制和ASMC控制下的减震效果明显优于TMD控制和LQG控制;ASMC/MCO的半主动控制力与ASMC的主动控制力吻合很好。     

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．     

MR阻尼器对拉索振动控制的研究

在磁流变(magnetorheologic简称MR)阻尼器力学特性试验的基础上,建立了能够很好地描述MR阻尼器非线性滞回特性的非线性参数模型,该模型由一个改进的Bingham模型和一个非线性弹簧单元串联而成。对MR阻尼器-拉索系统编写了非线性有限元动力分析程序,以一根实际的拉索为例,计算了MR阻尼器不同参数时对拉索的减振效果,计算结果与试验结果吻合。有限元计算结果表明:优化阻尼力随拉索频率的降低而提高;随着拉索振动幅度的减小,拉索减振的最优阻尼力减小。     

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.     

磁流变智能型阻尼器（MR）的研究

文中首先提出了控制斜拉桥拉索振动的必要性以及目前存在的三种主要控制措施：空气动力措施,构造措施与机械阻尼措施．既而引出了近几年来蓬勃发展起来的,作为机械阻尼措施之一的磁流变智能型阻尼器（MR）,其次介绍了磁流变智能型阻尼器（MR）的结构原理和工作机理．并预测了其广阔的应用前景．     

磁流变阻尼器控制拉索振动的优化参数研究

采用磁流变阻尼器控制斜拉桥拉索振动是一项新的拉索减振技术.根据不同拉索的几何、力学条件确定磁流变阻尼器的优化电压是取得最佳减振效果的关键.基于组合磁流变阻尼器的拉索运动方程,采用改进的Bouc Wen磁流变阻尼器模型,对安装磁流变阻尼器后多根拉索的阻尼特性进行了数值仿真计算,得到了拉索系统模态阻尼比与阻尼器输入电压的关系.采用非线性最小二乘方法,得到了考虑拉索参数、振幅、模态阶次及阻尼器安装高度等因素的阻尼器优化设计曲线.并在岳阳洞庭湖大桥进行了实桥振动控制试验,结果与数值仿真具有很好的一致性.图9,表1,参8.     

摩擦阻尼器-拉索系统振动特性试验研究

为研究拉索摩擦阻尼器的减振效果,开展了附加摩擦阻尼器拉索的自由振动和强 迫振动特性试验. 首先进行铜-钢金属摩擦阻尼器模型的力学性能试验,得到螺栓扭矩与摩擦 力之间的关系. 然后进行摩擦阻尼器-拉索系统模型自由振动特性试验研究,由试验测得的自 由振动位移衰减曲线得到对数衰减率,分析得到对数衰减率随振幅的变化规律,并与现有理 论进行对比. 通过快速傅里叶变换和小波变换对自由振动加速度时程进行频谱分析和时频分 析得到模态频率变化情况 . 最后进行拉索-摩擦阻尼器系统的不同激振力-控制强迫振动试 验,通过扫频方式得到拉索振幅与激振频率的关系,研究摩擦阻尼器对拉索共振幅值的影响. 试验结果表明摩擦阻尼器可以有效地减小小幅与大幅激振力时强迫振动的共振幅值;两者相 比,摩擦阻尼器在大幅激振力作用下减振效果更显著.     

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.     

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．     

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。     

基于MR阻尼器的结构振动半主动跟踪控制

在分析磁流变液智能阻尼器用于结构振动半主动控制的常用控制算法的基础上，提出了一种基于线性二次型最优控制的跟踪控制策略，并与限幅最优控制、状态跳跃控制等控制算法进行了比较和分析。计算机仿真分析结果表明，这种算法优于限幅最优控制算法，能达到接近状态跳跃控制算法的效果，并能弥补工程应用中需要选取速度跳跃限值的不足。     

混合模式磁流变阻尼器的机械腿减振控制

针对足式机器人在重载情况下机械腿会受到较大足地冲击,现有普通磁流变阻尼器的出力等级抑制有限的问题,提出一种剪切阀-挤压混合式磁流变阻尼器,并设计半主动控制器对机械腿进行减振控制.首先,分析新型磁流变阻尼器结构原理,并对其力学性能进行测试.然后,基于Bouc-Wen模型与实验数据,采用遗传算法对阻尼器力学正模型参数进行辨识求解.最后,建立基于新型混合磁流变阻尼器的机械腿减振系统的理论模型,并设计天棚控制器对其进行机械腿振动控制仿真.结果表明,新型混合式磁流变阻尼器在天棚控制策略下能有效降低机械腿振动的幅值与加速度,分别下降了49%和47%.     

Active Control Strategy for Offshore Structures Accounting for AMD Constraints

Most of active mass damper systems are designed or installed for the onshore structural response reduction to quite small earthquake or strong wind excitation. When they are applied to offshore structures, they will stop their operations during severe sea state (including strong wind, wave and fluid), For controlling the excessive vibration of offshore structure excited by wave loading, this paper presents a methodology keeping AMD operations even in severe sea state. And the controller was designed by LQG controlal gorithm accounting for the limits of AMD stroke and control input force. In order to investigate the feasibility and effectiveness of the proposed method, a numerical example applied to an offshore platform is presented in this paper. The numerical results demonstrate that the proposed algorithm is effective in reducing the vibration of offshore structure by choosing appropriate feedback gain among several gain candidates based on the AMD limits.     

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.     

汽车半主动悬架系统的关键技术及研究进展

基于系统分析理论，论述了汽车半主动悬架系统的发展与研究进展，提出了系统信号检测与传感器、磁流变液体及其器件设计、控制策略与控制器等关键部件的研究与开发过程中的相关基础问题，分析了系统动力学建模与仿真、系统信息分类与控制、系统集成与试验等系统应用研究的相关技术问题．并结合课题组研究进展，提出了汽车半主动悬架系统物理层构成．     

半主动油气悬架精确线性化自适应LQG控制

针对油气悬架的非线性特性,建立了矿用汽车1/4车辆半主动油气悬架动力学模型.利用微分几何原理,实现了非线性模型精确线性化;为克服动态系统的不确定性,采用了自适应LQG控制策略.根据矿山路面的实际要求,采用了层次分析法确定LQG控制器各性能指标的加权系数.仿真结果表明层次分析法易于加权系数的合理选择;半主动油气悬架自适应LQG控制能够有效降低车身振动,较被动油气悬架显著提高了平顺性和操稳性,有效地提高了在矿山路面的行驶安全性.     

飞机起落架半主动控制系统的控制方法研究

利用磁流变阻尼器对起落架悬架系统进行半主动控制,将以前经常研究的二自由度起落架系统转换到一个考虑到反弹、着陆冲击时的俯仰和滚转运动的三自由度飞机系统来研究,能更好地模拟飞机的两个主起落架和前起落架轮的连续触地着陆的真实情况。磁流变阻尼器的半主动控制策略分别使用二种不同的控制器,即线性二次型调节器(LQR)和鲁棒控制器。斯宾塞模型用来预测的磁流变(MR)阻尼器的动力特性。对控制器在减少响应加速度和速度时的性能进行比较分析。仿真结果验证了飞机在着陆过程中受到干扰时鲁棒控制能提供较好的控制效果。