结构主动变刚度·阻尼控制系统及其优化设计

介绍了一种新型开关控制型的半主动控制系统——主动变刚度.阻尼(AVS.D)系统的装置组成及其减振控制机理,阐述了该系统所特有的反应放大原理,建立了该控制系统的运动方程。基于瞬时最优控制的思想推导了该控制系统的开关控制律。为了充分发挥该控制装置的作用,优化了主动变刚度.阻尼装置的参数设计,并基于遗传算法研究了主动变刚度.阻尼装置在结构中的空间位置优化方法。计算机仿真分析结果显示,主动变刚度.阻尼系统是一种性能非常优越的半主动控制系统,所推导的瞬时最优半主动开关控制律是很有效的。对不同数目的主动变刚度.阻尼装置进行位置优化,结果表明,所提出的位置优化方法对于优化多个主动变刚度.阻尼装置的位置是相当高效的,可以最大限度地发挥该控制系统的性能。     

主动连续变刚度结构体系(ACVS)控制方法研究

主动变刚度控制是一种新的结构振动控制方法。该方法的控制效果虽然低于主动控制但其优点是不需要较大的外界能量输入,而且控制效果优于被动控制。主动变刚度控制的核心是控制算法的研究,到目前为止,国内外学者已经提出了一些有效的控制算法,本文作者研制了一种位移相关型的电磁摩擦控制装置,该控制装置所提供的控制力变化连续、可逆、迅速。将其安装在结构上组成的结构体系为主动连续变刚度体系(ACVS)。本文根据电磁摩擦控制装置的特点,将高阶单步控制算法用于主动连续变刚度体系,提出一种新的最优控制方法。算例结果表明,对于底层柔性结构,主动连续变刚度控制效果显著,与主动控制效果相当,但优于主动变刚度控制和被动控制。     

基于Lyapunov稳定性原理和遗传算法的结构半主动控制

本文提出了一种新的基于遗传算法的结构主动变刚度/阻尼(AVS/D)控制方法.基于Lyapunov稳定性原理与滑模变结构控制理论来设计开关控制器.用遗传算法来寻优找出使被控结构以最快的速度趋向稳定平衡点的控制器开关策略.为解决当前半主动控制存在的两个主要的问题开关的控制规律与启闭顺序提出了一条比较理想的可行途径.本法具有选取控制器参数合理,且控制效果明显的特点.数值仿真结果表明了本控制方法的有效性和实用性.     

变刚度半主动控制结构减振分析及安装位置探讨

分析了变刚度半主动控制结构的减振原理;基于单自由度结构和多自由度结构体系的仿真分析,对比分析了变刚度半主动控制结构的减振效果.通过MATLAB程序对结构动力方程的求解,基于程序可视化结果表明,变刚度半主动控制结构具有较好的减振特性,是结构振动控制一个很好的发展方向.在明确变刚度半主动控制结构减振效果的基础上,探讨了减振...     

电液式可变刚度装置的研究

本文提出了用于结构振动控制的电液式可变刚度装置。该控制装置由可变刚度构件、液压集成块和电子控制盒组成。可变刚度构件的结构形式,可根据具体情况在结构设计时确定;液压集成块主要由双杆活塞－油缸和电磁阀组成;电子控制盒是一个体积很小的硬件盒子,它接受控制传感器所测试的振动信号。根据变刚度半主动结构振动控制的控制律,进行控制运算及处理,输出开关信号传输给电磁阀,实现可变刚度构件的ＯＮ／ＯＦＦ状态控制。由于该控制装置实现了全部硬件化,并且具有结构简单、造价低、健壮性好等优点,便于在实际工程中应用。     

结构变刚度/变阻尼控制若干问题的研究

尽管已有的研究证明,传统的半主动变刚度控制系统和变阻尼控制系统均可以有效地抑制结构在地震激励下的动力反应,然而最新的研究显示二者仍然存在明显的不足之处,需要进一步深入研究.本文首先就变刚度,变阻尼控制目前的研究现状分别进行了综合论述,然后重点探讨了二者各自存在的不足之处,并指出了值得关注的后续研究方向.     

结构半主动变刚度控制的研究

尽管已有的研究证明传统的变刚度控制系统可以有效地抑制结构在地震激励下动力响应,但是现有的变刚度装置仅能在很小的范围内改变结构的周期,而且也不利于抑制结构的加速度反应。为了克服这一局限性,本文提出了一种新型的半主动变刚度(ISAVS)控制系统,兼具基础隔震和传统变刚度控制的优点。基于作者提出的离复位控制策略,本文针对ISAVS系统进行了地震作用下的数值模拟,验证了它的可行性和有效性。     

结构新型半主动连续变刚度控制的研究

传统的变刚度控制系统可以有效地抑制结构在地震激励下的动力响应，但是，现有的变刚度装置仅能在很小的范围内改变结构的周期，而且也不利于抑制结构的加速度反应。为了克服这一局限性，提出了一种新型的半主动变刚度（ISAVS）控制系统，并通过数值模拟验证了它的有效性。     

建筑结构半主动控制振动台试验研究

本文讨论了作者进行的建筑结构半主动振动控制试验,用以检验主动变刚度/阻尼(AVS/D)控制系统犤6犦及瞬时最优半主动控制方法的有效性与实用性。试验结果表明:对比于对应的被动控制方式,AVS/D半主动控制系统不但能有效地控制结构在地震作用下的位移和加速度响应,而且克服了其它半主动控制系统存在的负面控制影响,对不同地震激励具有很强的控制鲁棒性,而且实现简单、易行,从而为进一步深入研究与应用于工程实际提供了试验依据。     

结构半主动控制的新技术──主动变刚度/阻尼控制

本文首先介绍主动变刚度和主动变阻尼控制系统的研究进展情况,进而介绍基于这两种控制系统的有机结合的一种崭新的半主动控制技术一主动变刚度阻尼控制（AVSD）,指出了AVSD系统几个急需解决的问题,并展望这一控制技术的应用前复     

结构半主动控制研究中存在的若干问题

近年来,半主动控制系统在国内外受到了诸多关注,取得了很大的研究进展,但是仍然存在明显的不足之处。本文提出了半主动控制系统研究过程中有待解决的若干关键问题。首先综述了各种半主动控制装置和对应控制律设计的研究现状,然后分析了它们各自的优缺点。此外,也就足尺控制系统研发、控制律设计、控制装置优化和时滞补偿等半主动控制系统中的共性问题进行了分析,并给出了相应的建议。研究指出:常规变刚度控制系统抑制振动频带窄,并且不利于结构的加速度反应控制;粘性变阻尼控制与被动阻尼控制相比仅在结构远离共振时才有意义。     

Semiactive Control of Building Structures with Semiactive Tuned Mass Damper

Abstract:   This study proposed a new semiactive control device for building control. Semiactive tuned mass damper (STMD) combine a tradition tuned mass damper (TMD) and a semiactive damper. The property of semiactive damper can be adjusted online to produce the desired control force. In the present year, many types of semiactive dampers are proposed. In this study, the variable damping device and MR damper are used to illustrate the control effect of STMD. In addition, the control effect of the TMD and active tuned mass damper are also compared. The numerical simulation results show that the STMD can greatly improve the control efficiency of TMD.     

在水平地震作用下高层建筑的变结构控制

从改变结构刚度和阻尼能改变结构动力特性的概念出发，提出了变结构控制方法，并采用复模态分析理论对变结构控制状态及其减震效果进行了优化分析．     

Numerical Investigation of a Variable Damping Semiactive Device for the Mitigation of the Seismic Response of Adjacent Structures

Abstract:   When two structures in close proximity and with different properties (heights, structural systems, materials) are subjected to a strong seismic ground motion there is the possibility that pounding between them may occur. The large impact loads induced by this phenomenon usually lead to catastrophic results. One way to overcome this effect is to couple the structures through elastic or damping elements. This article examines the use of a new variable damping device as a coupling element. The system, which is termed a variable damping semiactive (VDSA) device, consists of two dampers with constant parameters whose lower ends are attached to a common vertical rod whereas the upper ends are attached to the two structures. As the structures vibrate due to the ground motion, the lower end is moved up and down by means of an actuator. By changing the orientation of the dampers, the effective damping in the two structures can be changed in time in an appropriate manner to minimize the response. A new control law is used to calculate the optimal position of the dampers. The algorithm, referred to as Q v , is a variation of the Instantaneous Optimal Control and it is based on the minimization of a performance index J quadratic in the state vector, the control force vector, and a vector of absolute velocities measured at selected points. The algorithm includes a generalized LQR scheme where penalties are imposed on the state vector, on the control vector, and on the absolute velocity vector through three predefined matrices. A numerical simulation is used to verify the performance of the proposed protective system in reducing the seismic response to a series of historic earthquakes. The results show that the proposed device is able not only to eliminate the pounding effects but also to significantly reduce the response of the individual adjacent structures .     

设置阻尼负刚度系统的高层隔震结构地震响应分析

基于预压弹簧的变形受力特点设计了一种附带阻尼的负刚度系统，该系统通过预压弹簧的斜向变形出力可实现负刚度性能，并采用黏滞阻尼器提供阻尼性能。根据上述思想设计组装了负刚度模型装置并进行静力试验研究，基于试验结果提出了考虑弹簧刚度、弹簧长度、弹簧预压缩量的负刚度系统的力学模型，并进一步建立了负刚度隔震系统的动力分析模型，提出了负刚度装置的最优参数选取方法，指出了最优负刚度配比的选取由隔震支座的阻尼比决定。将所提出的负刚度系统应用于某高层隔震结构中并进行了动力分析，结果表明，附加负刚度系统不仅能够减小高层建筑在地震作用下上部结构的加速度响应、层间变形，而且可有效控制隔震层的位移响应，实现了在罕遇地震作用下同时降低上部结构的加速度响应和隔震层位移响应的目标。