【摘要】：結(jié)構(gòu)的減振控制方法可歸納為被動控制、半主動控制、主動控制以及混合控制等。近年來國際振動控制研究的前沿技術(shù)是智能控制,利用壓電材料制成的壓電摩擦阻尼器就是一種智能控制裝置。本文利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)和等效彈簧剛度理論提出了一種壓電摩擦阻尼器,并通過半主動控制算法對阻尼器的控制效果進行數(shù)值模擬分析。主要包括以下工作:1)通過研究壓電材料的物理力學(xué)性能,利用有限元軟件建立數(shù)值模型,將分析結(jié)果與壓電材料的出廠性能進行對比,驗證數(shù)值模型的正確性。通過ABAQUS軟件的Python二次開發(fā)接口編寫程序腳本實現(xiàn)了疊堆片的復(fù)制、對疊堆片賦予材料屬性和對疊堆片加載電壓的前處理操作。2)利用等效彈簧剛度理論對設(shè)計的壓電摩擦阻尼器進行理論分析;利用電能輸入和機械能輸出原理來優(yōu)化阻尼器外殼尺寸;通過數(shù)值模擬得到了阻尼器在簡諧位移制度下不同加載電壓的力與位移關(guān)系曲線。3)利用遺傳算法對LQR控制算法中的Q、R權(quán)矩陣進行優(yōu)選,結(jié)構(gòu)的位移、加速度以及阻尼器的阻尼力為參考目標建立適應(yīng)度函數(shù)。優(yōu)選后和人工試算尋找到的Q、R權(quán)矩陣形成的兩種工況進行結(jié)構(gòu)控制效果比較,得出優(yōu)化后的控制函數(shù)對結(jié)構(gòu)的控制效果較好,從而驗證了遺傳算法對于搜索全局最優(yōu)響應(yīng)值的可行性。4)提出了一種改進的Bang-Bang控制策略,通過控制策略來控制壓電摩擦阻尼器的輸入電壓,達到壓電摩擦阻尼器對結(jié)構(gòu)層間位移和樓層加速度控制的目的。數(shù)值模擬了在改進的控制策略下壓電摩擦阻尼器對某三層鋼框架結(jié)構(gòu)的控制,分析結(jié)果表明壓電摩擦阻尼器對結(jié)構(gòu)的層間位移和樓層加速度的控制效果較好。
[Abstract]:The vibration control methods of the structure can be divided into passive control, semi-active control, active control and hybrid control. In recent years, intelligent control is the leading technology of international vibration control research. Piezoelectric friction damper made of piezoelectric materials is a kind of intelligent control device. In this paper, a piezoelectric friction damper is proposed based on the inverse piezoelectric effect of piezoelectric material and the equivalent spring stiffness theory. The control effect of the damper is numerically simulated by semi-active control algorithm. The main contents are as follows: 1) by studying the physical and mechanical properties of piezoelectric materials, a numerical model is established by using finite element software, and the results are compared with the performance of piezoelectric materials in order to verify the correctness of the numerical model. Through the Python secondary development interface of ABAQUS software, the program script is written to realize the duplication of stack chips. The preprocessing operation of stacking chip loading voltage and material attribute. 2) theoretical analysis of the piezoelectric friction damper designed by using the equivalent spring stiffness theory; The energy input and mechanical energy output principle are used to optimize the shell size of the damper. Through numerical simulation, the curves of the relationship between force and displacement of dampers with different loading voltages under harmonic displacement regime are obtained. 3) genetic algorithm is used to optimize the QR weight matrix of the LQR control algorithm, and the displacement of the structure is obtained. The acceleration and damping force of the damper are used as the reference target to establish the fitness function. After the optimal selection and the artificial trial calculation, the structure control effect is compared between the two conditions, which are formed by the QR weight matrix, and it is concluded that the optimized control function has a better control effect on the structure. The feasibility of genetic algorithm for searching global optimal response value is verified. 4) an improved Bang-Bang control strategy is proposed to control the input voltage of piezoelectric friction damper. The piezoelectric friction damper can control the floor displacement and the acceleration of the structure. Numerical simulation shows that the piezoelectric friction damper can control a three-story steel frame structure under the improved control strategy. The results show that the piezoelectric friction damper has a better control effect on the floor displacement and acceleration of the structure.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU352.1

【參考文獻】

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1 王社良;劉敏;樊禹江;;新型壓電陶瓷驅(qū)動器的特性分析[J];材料導(dǎo)報;2012年22期

2 馬寧;吳斌;歐進萍;;一字形內(nèi)芯全鋼防屈曲支撐設(shè)計方法[J];工程力學(xué);2012年10期

3 趙大海;李宏男;;模型結(jié)構(gòu)的壓電摩擦阻尼減振控制試驗研究[J];振動與沖擊;2011年06期

4 郭一峰;徐趙東;涂青;冉成崧;;基于遺傳算法的LQR算法中權(quán)矩陣的優(yōu)化分析[J];振動與沖擊;2010年11期

5 趙大海;李宏男;;壓電摩擦阻尼器的試驗研究[J];壓電與聲光;2009年01期

6 丁海港;趙繼云;張德生;;基于LQR的小車-倒擺閉環(huán)控制系統(tǒng)研究[J];煤礦機械;2008年11期

7 郭軍慧;周岱;李磊;黃劍偉;;空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)振動問題的改進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J];工程力學(xué);2008年10期

8 謝麗蓉;李偉;;線性二次型最優(yōu)控制在倒立擺系統(tǒng)中的應(yīng)用[J];重慶工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年08期

9 顏桂云;孫炳楠;;高層建筑橫風(fēng)向反應(yīng)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制[J];地震工程與工程振動;2007年06期

10 貝偉明;李宏男;;采用磁流變阻尼器的地震結(jié)構(gòu)模糊控制[J];自然災(zāi)害學(xué)報;2006年04期

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1 趙大海;基于壓電摩擦阻尼器的結(jié)構(gòu)振動控制理論與試驗研究[D];大連理工大學(xué);2008年

2 向宏軍;功能梯度壓電智能梁的特性分析及其應(yīng)用[D];北京交通大學(xué);2007年

3 劉國君;迭片式系列微型壓電泵的設(shè)計理論及實驗研究[D];吉林大學(xué);2006年

4 閻石;結(jié)構(gòu)振動智能控制的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊邏輯方法研究[D];大連理工大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前4條

1 張仁猛;新型壓電摩擦阻尼器的有限元分析及試驗研究[D];西安建筑科技大學(xué);2014年

2 張珍珍;半主動減震結(jié)構(gòu)實時控制的試驗研究[D];北京交通大學(xué);2008年

3 李軍;智能壓電摩擦阻尼器的控制理論與試驗研究[D];大連理工大學(xué);2005年

4 何晴光;萬向型壓電摩擦阻尼器及其在高層建筑減振控制中的應(yīng)用[D];蘭州理工大學(xué);2004年

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本文編號：2347828