發(fā)布時間：2020-06-05 21:50

【摘要】：對建筑結構采用主動、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,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,結構各部位傳感器將結構響應信息收集、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)對結構的控制。然而,對于超高層、大跨度等復雜結構,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,本文對建筑結構的分散控制進行了研究,提出了幾種針對建筑結構的分散控制算法。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。本文的主要研究內容如下:1)在LQG集中控制算法的基礎上提出了兩種分散控制算法,根據(jù)子結構獲得的結構響應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構自身的局部結構響應信息,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構響應信息,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)控制的基礎上提出了瞬時最優(yōu)分散控制算法,該算法僅需要獲取結構自身的響應信息以及其前一個子結構頂層的響應信息即可實現(xiàn)對結構的分散控制。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)的權系數(shù)。對ASCE設計的九層Benchmark鋼結構模型進行數(shù)值仿真分析,結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鋼結構模型作為算例進行仿真分析,結果表明,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)算法的基礎上結合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,通過遞歸響應法對其進行時滯補償設計。對某七層鋼框架模型進行仿真分析,結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)的性質及實際情況確定各個參數(shù)的取值范圍，，設優(yōu)解落在取值范圍內，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，而過小可能導致最優(yōu)解不在取值范圍二步：種群初始化。
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.1

【參考文獻】

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本文編號：2698669