【摘要】：對建筑結(jié)構(gòu)采用主動、半主動控制可以更有效地降低其在外部激勵下的振動響應(yīng),確保其具備足夠的安全性和舒適性。傳統(tǒng)的控制算法大多采用集中控制,整個控制系統(tǒng)僅有一個控制器,結(jié)構(gòu)各部位傳感器將結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息收集、傳輸至該控制器,控制器接收信息后作出動態(tài)優(yōu)化決策,將控制指令傳達至各部位作動器,實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的控制。然而,對于超高層、大跨度等復(fù)雜結(jié)構(gòu),集中控制系統(tǒng)難以滿足穩(wěn)定性、可靠性以及易于維護等方面的要求。由于集中控制的局限性,本文對建筑結(jié)構(gòu)的分散控制進行了研究,提出了幾種針對建筑結(jié)構(gòu)的分散控制算法。另外,考慮到分散控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)可能產(chǎn)生不同的時間滯后,提出了幾種適應(yīng)于分散控制多時滯系統(tǒng)的時滯補償方法。本文的主要研究內(nèi)容如下:1)在LQG集中控制算法的基礎(chǔ)上提出了兩種分散控制算法,根據(jù)子結(jié)構(gòu)獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息不同分別稱為局部最優(yōu)分散控制和全局最優(yōu)分散控制。當各子控制器僅獲取子結(jié)構(gòu)自身的局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息,通過局部信息計算出最優(yōu)控制力,稱為局部最優(yōu)分散控制;當各子控制器獲取全部樓層的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息,通過全部樓層信息計算出最優(yōu)控制力,稱為全局最優(yōu)分散控制。另外,當子系統(tǒng)之間存在作動器重疊時,通過局部最優(yōu)設(shè)計出的控制力,并通過重疊規(guī)則確定重疊部位的控制力,稱為重疊分散控制。在瞬時最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上提出了瞬時最優(yōu)分散控制算法,該算法僅需要獲取結(jié)構(gòu)自身的響應(yīng)信息以及其前一個子結(jié)構(gòu)頂層的響應(yīng)信息即可實現(xiàn)對結(jié)構(gòu)的分散控制。采用入侵雜草優(yōu)化(IWO)算法優(yōu)化得到各控制算法下子系統(tǒng)的權(quán)系數(shù)。對ASCE設(shè)計的九層Benchmark鋼結(jié)構(gòu)模型進行數(shù)值仿真分析,結(jié)果表明所述各分散控制均具備一定的控制效果。其中,全局最優(yōu)分散控制和瞬時最優(yōu)分散控制效果相近且優(yōu)于局部最優(yōu)分散控制和重疊分散控制,而重疊分散控制優(yōu)于局部最優(yōu)分散控制。2)針對分散控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)存在多時滯的問題提出了三種時滯補償方法:遞歸響應(yīng)法,IWO增益矩陣優(yōu)化法,瞬時最優(yōu)時滯補償方法。同樣采用九層Benchmark鋼結(jié)構(gòu)模型作為算例進行仿真分析,結(jié)果表明,在不同的子系統(tǒng)時滯大小以及不同程度的子系統(tǒng)間時滯差異下,各時滯補償方法均有較好的補償效果。3)對RD1005型MR阻尼器進行了力學(xué)性能試驗,確定其在不同電流和外荷載頻率下的滯回性能。提出了一種基于IWO優(yōu)化算法的參數(shù)識別方法,確定RD1005型MR阻尼器在不同力學(xué)模型下的參數(shù),通過與最小二乘法識別的參數(shù)值進行對比,證明了該參數(shù)識別方法是可靠的。在限幅最優(yōu)算法的基礎(chǔ)上結(jié)合LQG全局最優(yōu)分散控制算法提出了一種半主動分散控制算法,通過遞歸響應(yīng)法對其進行時滯補償設(shè)計。對某七層鋼框架模型進行仿真分析,結(jié)果表明本文所提的半主動分散控制算法的具有較好的控制效果,同時也驗證了遞歸響應(yīng)法時滯補償在半主動分散控制時滯系統(tǒng)的有效性。
【圖文】：

部分位移與出力較大者同向，則將此較大出力反向作為重疊部分的種規(guī)則，其控制力表達式分別如式 2-38 和式 2-39 所示，示意圖分2。規(guī)則一：max , 1,, , 1, ,1, , 1, ,00, 00, 0j j i j i jj i j i j i j i j jj i j i j i j i j ju u u uu u u u u xu u u u u x 規(guī)則二：max , 1,max , 1,0sgn 0j j i j i jj j i j i ju u u uu u u u 39 中i表示子系統(tǒng)編號， j 表示重疊部分作動器編號。式 2-38 中sgnmaxmaxmax1 <0sgn 0 =01 >0j jj jj ju xu xu x 為重疊部分各子系統(tǒng)控制力的較大值。

圖 2-2 作動器重疊控制力選取規(guī)則二Fig. 2-2 Strategy II of control force selection for overlapping actuators基于 IWO 算法的權(quán)矩陣優(yōu)化草算法是一種受雜草啟發(fā)而提出的、基于種群的數(shù)值優(yōu)化計算方法雜草入侵過程的算法。入侵雜草優(yōu)化（IWO）算法最早是伊朗德黑abian 以及 C. Lucas[90]首次提出。本文利用 IWO 算法對分散控制系統(tǒng)優(yōu)化，事先定義的控制目標函數(shù)達到最小，進而使控制系統(tǒng)能夠達基本流程如下：一步：確定取值范圍。據(jù)需要優(yōu)化的參數(shù)的性質(zhì)及實際情況確定各個參數(shù)的取值范圍，，設(shè)優(yōu)解落在取值范圍內(nèi)，以確保獲得全局最優(yōu)解。取值范圍不宜過大長收斂時間，造成資源浪費，而過小可能導(dǎo)致最優(yōu)解不在取值范圍二步：種群初始化。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.1

【參考文獻】

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本文編號：2698669