本文將滾軸支座基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)作為受控結(jié)構(gòu)研究對(duì)象,在該隔震結(jié)構(gòu)的隔震層施加主動(dòng)控制或者半主動(dòng)控制裝置,形成智能隔震體系。該智能隔震體系將被動(dòng)控制和主動(dòng)控制的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合,以削弱整體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)。本文基于該智能隔震結(jié)構(gòu),進(jìn)行了如下的工作:(1)在智能隔震結(jié)構(gòu)中引入非光滑控制算法,根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定理論,論證在非光滑控制下智能控制閉環(huán)系統(tǒng)的全局有限時(shí)間穩(wěn)定性。在土木工程領(lǐng)域中引入非光滑控制算法,具有非常重要的實(shí)際意義。(2)結(jié)合非線性結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),建立對(duì)應(yīng)的狀態(tài)空間方程。將該狀態(tài)方程解耦成子系統(tǒng),對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行非光滑控制器的推導(dǎo)。非光滑控制方法最主要是確保閉環(huán)系統(tǒng)的有限時(shí)間和全局穩(wěn)定,基于齊次性和Lyapunov定理,論證所構(gòu)造的閉環(huán)系統(tǒng)的齊次度為負(fù),即全局有限時(shí)間穩(wěn)定。(3)基于非光滑控制器的設(shè)計(jì)過程,本文運(yùn)用軟件MATALB中的Simulink工作界面建立理想控制器控制下的非光滑主動(dòng)控制仿真系統(tǒng)和LQG主動(dòng)控制仿真系統(tǒng),選擇合理的系統(tǒng)參數(shù),進(jìn)行兩種控制算法下結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制的仿真分析,以驗(yàn)證非光滑控制只需要較少地反饋量,就能很好地抑制結(jié)構(gòu)響應(yīng)。在兩種控制算法的主動(dòng)控制仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,引入磁流變阻尼器力學(xué)模型及其半主動(dòng)控制算法,分別建立非光滑和LQG半主動(dòng)智能控制仿真系統(tǒng),仿真分析結(jié)果驗(yàn)證非光滑半主動(dòng)智能控制系統(tǒng)相比LQG控制能通過更少的反饋量即能實(shí)現(xiàn)反饋控制,在兩種控制算法控制力相當(dāng)?shù)那闆r下,非光滑半主動(dòng)智能控制系統(tǒng)能更好地削弱受控結(jié)構(gòu)響應(yīng),且其控制效果接近主動(dòng)智能控制效果。(4)為了研究非光滑控制對(duì)磁流變智能隔震結(jié)構(gòu)的控制效果,進(jìn)行了滾軸支座基礎(chǔ)隔震和磁流變智能隔震結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明磁流變智能隔震系統(tǒng)對(duì)于結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的控制明顯優(yōu)于滾軸支座基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)。對(duì)于磁流變智能隔震系統(tǒng)的控制,非光滑控制效果優(yōu)于LQG控制和普通隔震,且通過仿真分析和試驗(yàn)結(jié)果的比較,證實(shí)了非光滑控制算法的正確性和合理性。非光滑控制算法是簡(jiǎn)單有效一種控制算法,在航天、軍事和機(jī)械等領(lǐng)域有了一定的研究成果,本文首先對(duì)非光滑控制算法進(jìn)行了研究,其次設(shè)計(jì)研究了基于土木工程結(jié)構(gòu)的采用較少反饋量的非光滑算法,并通過仿真建模分析和振動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)試驗(yàn)分析,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)控制算法的有效性和正確性。
【學(xué)位單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU352.12
【部分圖文】：

廣州大學(xué)碩士學(xué)位論文動(dòng)控制的研究制是主要包括兩個(gè)重要部分，即控制裝置和控制算法。運(yùn)用某種中，根據(jù)設(shè)置在結(jié)構(gòu)上的傳感器采集的狀態(tài)信號(hào)，反饋于已經(jīng)載算法，在某種控制算法模塊中得出控制力，然后通過伺服系統(tǒng)將給受控結(jié)構(gòu)，以削弱結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，克服被動(dòng)控制系統(tǒng)的局統(tǒng)中常用的控制裝置有主動(dòng)質(zhì)量阻尼(ActiveMassDamper,AMD動(dòng)錨索系統(tǒng)等[18,19]。為日本東京 KyobashiSeiwa 大樓，其頂層安裝兩個(gè) AMD 裝置，很好的控制效果。20 世紀(jì) 90 年代一次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)襲擊中，該建筑物近一半。歐進(jìn)萍等[20]以 76 層 Benchmark 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為研究 控制方案的控制系統(tǒng)對(duì)風(fēng)振的控制效果。AMD 能迅速對(duì)未知的抑制結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，確保結(jié)構(gòu)整體性能，具有良好的抗風(fēng)性能以及價(jià)較高，受剛度靈敏度影響較大。

圖 1-2 主動(dòng)錨索系統(tǒng)實(shí)物及其理論模型圖控結(jié)構(gòu)的性能，主動(dòng)控制系統(tǒng)提供合適的控制策略，能達(dá)到任意的大量的外部能源以實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制效果。主動(dòng)控制裝置費(fèi)用大，對(duì)若供電設(shè)備出現(xiàn)了故障，能源供給會(huì)受到影響，不利于控制系統(tǒng)領(lǐng)域中的，主動(dòng)控制系統(tǒng)比不上被動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用量和推廣量主動(dòng)控制的研究控制系統(tǒng)結(jié)合了被動(dòng)控制和主動(dòng)控制的特點(diǎn)，通過結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響況反饋來調(diào)整控制裝置的阻尼或剛度[13]，只需要部分能源調(diào)節(jié)被，以削弱結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，能對(duì)受控結(jié)構(gòu)實(shí)施可調(diào)的控制力。H受控結(jié)構(gòu)的阻尼或者剛度的控制方法為控制技術(shù)發(fā)展的第二階段力控制調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為控制結(jié)構(gòu)參數(shù)。剛度系統(tǒng)(AVS)和主動(dòng)控制系統(tǒng)一樣，能夠依據(jù)外部激勵(lì)擾動(dòng)進(jìn)行控制算法實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的參數(shù)，避免結(jié)構(gòu)進(jìn)入共振狀態(tài)，達(dá)到削。日本鹿島研究所的辦公大樓首次采用了該半主動(dòng)控制系統(tǒng)[22]，

圖 1-3 采用 AVS 系統(tǒng)控制的鹿島研究所辦公大樓有低功耗、反應(yīng)快、高輸出的特點(diǎn)，即可作為統(tǒng)，也可與控制算法相結(jié)合，對(duì)受控結(jié)構(gòu)實(shí)施結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域中熱門控制裝置，具有很好效應(yīng)控制方面有著相應(yīng)的研究[23]，圖 1-4 為圖 1-4 MR 阻尼器構(gòu)造圖系統(tǒng)，半主動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了控制力可調(diào)控制只需要較少的能源就能維持控制系統(tǒng)的工到緊急情況失去供電來源時(shí)可切換為被動(dòng)控制

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