【摘要】：建筑結構在地震狀態(tài)下的抗震設計不應僅局限在研究材料來提高抗震性能上,還應以更主動的手段進行抗震設計。但地震激勵的精確值以及建筑結構的精確模型在目前的科技手段下尚無法求得,因此需要建立一個不依賴于精確模型的控制手段以削弱結構的地震響應。模糊控制是解決此種問題的有效途徑,它能模擬人類大腦的思維方式,僅對事先以專家經(jīng)驗為基礎的輸入和輸出變量進行控制。因而模糊控制不需要受控結構的精確模型,只需要結合適當?shù)淖鲃悠鞅隳馨l(fā)揮較好的控制效果。在地震時將阻尼器作為一種作動器輸出控制力改變原結構的剛度和阻尼是一種切實有效且相對低成本的積極抗震方法。磁流變液(MRF)作為發(fā)展了幾十年的智能材料,由此衍生的磁流變液(MR)阻尼器因其具有快響應功耗低、連續(xù)可調(diào)的大阻尼力等優(yōu)點廣泛應用于結構的減振的各領域中。但MR阻尼器的動力學模型有很強的非線性,建立合適的MR阻尼器本構模型以及有效的控制策略是一項關鍵技術。本文采用的半主動控制法兼具了主動控制控制效果強和被動控制造價低廉、設置簡單的優(yōu)點,結合MR阻尼器以及模糊控制便能顯著的降低建筑結構的地震響應。因此本文主要研究的內(nèi)容如下:1、分析了半主動控制與其他控制方法的利弊,闡述MR阻尼器的本構關系選取的原則、模糊控制器的設計時的關鍵原則、算例的建模仿真流程。2、在MATLAB軟件中Simulink平臺設計并編寫了一個基于Bouc-Wen型的普通剪閥式MR阻尼器程序并用于第五章的仿真算例中。3、在MATLAB軟件中的原始界面下(m文件)和Simulink平臺分別設計了含有梯形隸屬函數(shù)和高斯型隸屬函數(shù)的模糊控制器、編制了半主動控制下的模糊減振規(guī)則庫并用于第五章的仿真算例中。由受控結果可知,當內(nèi)積相近時,不同隸屬函數(shù)對模糊控制的控制效果影響不大。4、為了仿真算例,文中建立了一個三層鋼框架的狀態(tài)方程,并將其輸入至Simulink平臺內(nèi)的算例仿真模型狀態(tài)空間中,結合所設計的不同種模糊控制器,采用Wilson-θ時程分析法在天然地震波的激勵下,對比受控結構的各項動力參數(shù)峰值及峰值控制率。結論是該半主動控制系統(tǒng)的減振效果良好,能實時而高效的控制結構振動響應,具有一定的工程實踐意義和參考價值。
[Abstract]:The seismic design of building structures under earthquake should not only be limited to the study of materials to improve seismic performance, but also should be carried out by more active means. However, the exact value of earthquake excitation and the exact model of building structure can not be obtained under the present scientific and technological means, so it is necessary to establish a control method independent of the exact model to weaken the seismic response of the structure. Fuzzy control is an effective way to solve this problem. It can simulate the thinking mode of human brain and only control the input and output variables based on expert experience in advance. Therefore, fuzzy control does not need the precise model of controlled structure, but only needs a proper actuator to play a better control effect. It is an effective and relatively low cost active seismic method to change the stiffness and damping of the original structure by using the damper as an actuator output control force to change the stiffness and damping of the original structure during the earthquake. Magnetorheological fluid (MRF) has been developed as a smart material for decades. The derived MRF (MR) damper has been widely used in various fields of structural vibration reduction due to its advantages of fast response low power consumption and continuous adjustable large damping force. However, the dynamic model of MR damper has strong nonlinearity. It is a key technology to establish an appropriate constitutive model of MR damper and effective control strategy. The semi-active control method adopted in this paper has the advantages of strong active control effect, low cost of passive control and simple setting. Combined with MR damper and fuzzy control, the seismic response of building structure can be significantly reduced. Therefore, the main contents of this paper are as follows: 1. The advantages and disadvantages of semi-active control and other control methods are analyzed, and the principle of selecting constitutive relation of MR damper and the key principle of fuzzy controller design are expounded. 2. The flow of modeling and simulation. 2. In the MATLAB software, the Simulink platform has designed and written a general shearing valve MR damper program based on Bouc-Wen and used in the fifth chapter of the simulation example. 3. A fuzzy controller with trapezoid membership function and Gao Si membership function is designed under the original interface (m file) and Simulink platform of MATLAB software. A fuzzy vibration reduction rule base under semi-active control is developed and applied to the simulation example in chapter 5. According to the controlled results, when the inner product is close, different membership functions have little effect on the control effect of fuzzy control. In order to simulate an example, a state equation of a three-layer steel frame is established in this paper. It is inputted into the state space of the simulation model of Simulink platform, combined with the different fuzzy controllers designed, and the Wilson- 胃 time-history analysis method is used under the excitation of natural seismic wave. The peak value and peak control rate of each dynamic parameter of the controlled structure are compared. The conclusion is that the semi-active control system has good damping effect and can control the vibration response of the structure in real time and efficiently. It has certain engineering practical significance and reference value.
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU352.1

【參考文獻】

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本文編號：2390824