结构连续变刚度控制有效性分析

作为半主动控制系统的经典范例之一,变刚度控制系统已经在结构控制领域得到了广泛的认可,但是近来的研究显示传统变刚度控制系统抑振频带窄,而且对于加速度控制是不利的.鉴于此,拟研究提出一种新型的变刚度控制系统以提高其控制性能.首先通过反应谱分析了常规变刚度控制系统的不足,然后在此基础上提出一种新型的半主动连续变刚度控制(SCVS)系统以克服上述缺陷,并进行了相应的数值模拟.数值计算结果验证了该系统的有效性.建议系统相比传统变刚度控制系统不仅可以大幅拓宽控制系统的抑振频带,而且有利于同时提高地震激励下结构位移反应和加速度反应的控制性能.因此,相比传统的变刚度控制系统,建议系统更为有效.     

一种新的半主动控制策略--频率控制

在半主动控制策略—主动变刚度(AVS)的基础之上,提出了一种新的半主动控制策略。利用短时最大熵谱谱阵分析方法能准确给出变频信号在较短时间序列中的时频信息,进而提出主动变刚度体系的频率控制算法。仿真分析表明,该方法简便可行,鲁棒性好,在线计算量很小,能有效的控制受控结构相对位移反应,因此工程实际应用的前景非常光明。     

MR-TMD减振系统对连续箱梁桥振动控制研究

MR-TMD阻尼器是在调谐质量阻尼器(TMD)的基础上与磁流变阻尼器(MR)联合使用的一种新型结构半主动振动控制装置。在考虑轨道不平顺的影响下,建立了列车-桥-阻尼器耦合动力学模型。采用自主研发的高速铁路车-桥-轨动力耦合仿真分析平台(TDBCA1.0),以德国ICE3高速列车通过(80+128+80)米连续箱梁桥为例,分析了轨道不平顺对桥梁振动的影响,比较了TMD阻尼器和MR-TMD阻尼器的减振效果。结果表明,轨道不平顺对桥梁竖向位移影响较小,对桥梁振动加速度影响较大,列车速度越快,对桥梁振动加速度的影响越大。MR-TMD阻尼器对连续箱梁位移峰值影响较小,但能在很大程度上控制振动加速度。MR-TMD减振效果优于TMD阻尼器。     

基于行星滚柱丝杠副的机电作动器动态特性分析

以舵回路系统中机电作动器为研究对象,考虑机电作动器的安装和舵面负载连接,建立了基于行星滚柱丝杠副的机电作动器数学模型。采用AMESim进行仿真对比分析,探讨了机电作动器中结构刚度、摩擦和间隙等非线性因素对系统动态性能的影响。结果表明：相比传动刚度,结构刚度中固定刚度的提高对于系统动态响应的改善作用更明显;行星滚柱丝杠副间隙量越大,系统的阶跃响应波动幅值越明显;在给定舵控指令下,机电作动器的仿真位移输出响应误差最大为1.8mm,相对误差为1.2%,从而较好的反映了模型的有效性,为功率电传机电作动器的进一步结构优化和控制提供了理论依据。     

基于内点法和拉格朗日乘子法的混合试验冗余作动器控制方法

土木工程结构试验中,作动器使用数量多于所要控制的自由度数量时会产生冗余作动器控制问题。为此,提出基于内点法和拉格朗日乘子法的冗余作动器控制方法,给出作动器系统能力可行域的求解方法,该冗余作动器控制方法在控制方程中以三参量的形式考虑了单台作动器的出力范围。以MATLAB为平台计算了作动器能力可行域和冗余作动器出力值,结果表明,当试件位移命令在作动器能力可行域内,该方法可以实现良好的加载控制精度;当位移在作动器能力可行域外,该方法可以保证试验的安全性。基于Simulink搭建控制平台,分析冗余系统和非冗余系统的工作状态;最后以双层双向虚拟混合试验为例,验证了所提冗余控制方法的精度和可行性。     

电磁作动器在主动隔振系统中的频响及耦合特性

作动器的动态特性对主动振动控制的效果起着关键的影响作用.针对电磁作动器的频响特性进行研究,建立了典型线圈电磁作动器的力学模型,分析了不同负载时电磁作动器的频响特点.考虑电磁作动器与被控隔振系统的耦合影响,建立了电磁作动器的作动力与输入电压之间的频响函数,分析了反馈增益及被控系统参数对电磁作动器频响特性的影响规律.结果表明,加速度、速度和位移三个反馈增益分别影响作动器的高频、中低频和低频性能,被控系统的质量、阻尼和刚度主要影响作动器的高频、中高频和低频特性.为提高精密主动隔振系统的控制精度,应考虑作动器与被控系统的耦合影响.     

振动主动控制中电磁作动器动态特性的研究

分析了电磁作动器的动态特性及其对振动主动控制系统振动传递率的影响。振动传递率不仅受作动器动态特性的影响,而且还与反馈变量的选取有关。因此,在实际控制系统中应选择绝对位移、速度、加速度及加加速、绝对位移的积分和相对位移、速度、加速度及加加速度、相对位移的积分的不同组合作为反馈变量,以期取得良好的隔振效果。     

基于现场监测的海洋平台冰振控制效果评价

渤海辽东湾的ＪＺ２０－２ＮＷ 平台采用甲板阻尼隔振技术降低平台的冰激振动问题。根据海洋平台冰激振动的特点,设计现场监测系统,检验阻尼隔振系统的减振效果。对平台隔振的上下两层甲板的加速度和相对位移响应进行监测,并对实测数据进行对比分析。监测结果表明,上层甲板的振动强度相比下层甲板有所减弱,阻尼隔振装置起到控制上层甲板振动的效果。但是上下甲板的振动频率和相位无差别,说明减振装置未产生最理想的减振效果。同时对有无阻尼隔振装置结构的阻尼比进行提取,表明相对位移越大,上下甲板的阻尼比越大。减振后上下甲板的阻尼比都有所增加,结构振动耗能增加。应用实践表明,阻尼隔振技术是一种有效的海洋平台冰激振动减振措施,但仍有许多地方需要完善。     

结构振动AMD控制系统主动控制力特征指标与分析

首先提出了定量化研究结构振动的主动质量驱动AMD(Active Mass Driver)控制系统主动控制力方向等特征的一系列指标,包括表征主动控制力与质量块相对运动速度和相对运动位移等的方向关系、主动控制力与AMD子系统惯性力峰值和均方值的比例关系等指标。其次以一个单自由度结构受AMD系统控制为分析对象,设计三组代表性工况进行数值分析,采用经典线性二次型最优LQR(Linear Quadratic Regulator)控制算法,研究了AMD系统主动控制力特征指标、结构振动控制效果与控制算法参数和系统输入荷载等的相互关系,系统地分析和总结了AMD系统主动控制力特性及其控制效果影响因素。最后基于定量和定性分析结果,得出不能采用半主动变阻尼控制装置取代AMD系统中的作动器来实现主动控制的结论。     

半主动变刚度TLCD减振控制的研究

为改进被动式调频TLCD的减振特性,提出了半主动变刚度TLCD减振系统,基本原理是将调频TLCD的弹簧设置成可调谐状态,在振动过程中,根据减振系统的需要适时调整调频弹簧的开关状态。减振系统的刚度由两部分组成,一部分是液体振动的恢复力,另一部分由变刚度装置的弹簧提供。由Lagrange方程建立起半主动变刚度TLCD的运动方程,以一个单自由度结构体系为算例,分析了可变刚度对系统控制性能的影响。外荷载频率与结构的频率比取不同值,比较了被动TLCD、半主动变阻尼TLCD和半主动变刚度TLCD的减振频带。考虑TLCD的频率和结构的实际频率之间存在一定的误差时,研究了半主动变刚度TLCD的减振性能。最后,通过一个五层结构的算例,分别在谐波和地震波作用下,验证了半主动变刚度TLCD对多自由度结构体系的减振特性。研究结果表明,半主动变刚度TLCD具有更宽的减振频带,在TLCD的频率和结构振动的频率存在误差时,仍能保持较好的减振效果。     

航海船舶多维振动主动控制研究

采用基于并联机构和电磁作动器的多维振动主动控制装置,实现了对船舶航行中面临的多维低频振动衰减。对振动控制装置进行了结 构设计、系统控制模型分析和控制算法研究,并制作样机进行了实验研究。样机试验结果表明,该多维减振装置能够实现船舶多维低频振动主 动控制。     

Mitigating ice-induced jacket platform vibrations utilizing a TMD system

Field observations conducted on oil platforms in the Bohai Sea revealed that the offshore jacket structures, which can withstand the maximum static ice force, might suffer from severe vibrations when ice sheets pass through the legs of the structure. It has been proved that, when the natural frequency of narrow or flexible structures is close to or coincides with the predominant frequency of cyclical ice forces, severe ice-induced vibrations will be evoked. Excessive and consistent vibration will cause the discomfort of working crew, failure of deck facilities even structural fatigue failure. Therefore, it is imperative to seek economical ways to reduce the vibrations to an acceptable level. Based on full-scale tests and technical feasibility, the strategies of vibration mitigation are investigated and compared in this paper. The primary studies demonstrate that adding a Tuned Mass Damper (TMD, also called a Dynamic Vibration Absorber, DVA) is a feasible and practical approach to reduce vibrations. The efficiency of optimally designed TMD and one-directional conceptual TMD device has been presented in this study. Field ice load time history was used as loading scenario to assess the performance of TMD system. The results show that the supplemental device can favorably reduce the dynamic response of platform.     

浮动冲击平台对应实船冲击环境判别分析

由于浮动冲击平台自身结构与实船存在差异,使其在水下爆炸过程中提供给设备的冲击环境较难与实船建立对应关系。为使浮动冲击平台不同工况所得设备抗冲击能力能反应不同排水量舰船及舰船不同位置的设备抗冲击性能,对4艘不同排水量舰船在水中爆炸冲击波作用下垂向滤波效应进行研究;对不同工况下浮动冲击平台与设备连接处的冲击谱参数用Fisher方法与舰船内外底谱参数判别分析,并通过数值仿真验证判别结果的合理性。结果表明,排水量较大船体滤波效应较明显,无上层建筑一甲板较船体内部二、三甲板冲击环境恶劣。通过多元统计分析判别方法建立的实船与浮动冲击平台考核设备冲击环境对应关系,对舰船设备考核具有一定指导意义。     

多约束条件下结构振动系统的容错控制

现代控制理论在工程结构振动领域中的应用性不强,主要是因为其考虑的实际约束条件太少,就该问题进行了研究。首先根据建筑结构力学原理,建立了包含控制输入滞后、执行器故障、参数不确定等的结构系统状态模型。然后基于状态反馈和线性矩阵不等式处理方法给出了一个可满足多约束条件的时滞依赖型鲁棒H∞容错主动控制算法。通过对一个四自由度建筑结构模型在EI Centro地震波作用下振动的主动控制仿真,验证了该方法的可行性,可用于工程结构的振动控制。     

导管架式海洋平台结构的磁流变阻尼隔震控制

首先针对渤海JZ20-2MUQ导管架式海洋平台结构，建立了应用磁流变阻尼器的智能隔震体系，并通过对导管架式海洋平台结构特点和磁流变阻尼器性能的分析，提出了磁流变限位型阻尼器被动控制、Passive off、Passive on和半主动四种控制方案。然后，分别在冰激振动和地震作用下，对平台隔震结构进行了数值仿真计算，分析比较了不同磁流变阻尼控制方案对平台隔震结构的控制效果以及对隔震层变形的限制作用。结果表明。磁流变阻尼隔震控制方案能有效控制导管架式平台结构的振动，平台结构位移和甲板加速度反应可降低30％以上，隔震层变形可控制在40mm左右的有限范围内。     

The static behavior of a modular foam-filled GFRP bridge deck with a strong web-flange joint

The static behavior of a modular bridge deck filled with a low-density polyurethane foam was experimentally investigated. The web-flange joint of the deck was strong enough so that a failure of the deck in the transverse direction was governed by the delamination of the bond between two adjacent modules whether the deck was filled or not. Although the elastic modulus of the foam was only a thousandth of the homogenized modulus of the GFRP deck, the structural performance of the deck in the transverse direction was significantly improved by the foam filled inside the deck. It was shown experimentally that tensile stress could develop in the top flange of the deck subjected to three point bending because of shear deformation. Such a development of tensile stress was significantly mitigated by the foam filled inside the deck.     

自适应控制算法在振动主动控制中的应用

通过试验研究主动控制振动传递的效果。采用频率在线估计和跟踪滤波的自适应控制方法,将以分量型式抑制谐波干扰引起的振动。在控制过程中,通过递推计算进行频率估计,用中心频率随动的带通滤波器进行信号跟踪,并在基本LMS方法的基础上形成自适应控制器。建立了多点控制试验台,实施跟踪滤波的自适应对消。结果表明：自适应方法能够很好地抑制谐波干扰的影响;对于多点隔振,控制通道之间存在强烈耦合作用,整体隔振效果与被控结构的振动模态相关。     

基于CSI 效应的高耸结构液压驱动ATMD风振控制研究

在高耸结构风振控制中,由于忽略控制系统与结构振动的相互作用（CSI）,造成实际模型与理论模型存在差异,往往造成实际控制效果与理论控制效果不一致,导致控制效果不佳。本文以某电视塔为对象,将CSI 效应考虑在高耸结构模型中,建立了考虑CSI效应的动力特性模型,并与不考虑CSI效应的理想模型进行了对比分析。基于结构动力特性模型,分析了在控制算法中,考虑与不考虑CSI效应对控制效果的影响。为高耸结构ATMD风振控制提供相关的工程建议。     

结构振动的电磁驱动AMD系统控制策略与试验

提出了结构振动的新型电磁驱动AM／）控制系统，基于极点配置控制算法的控制策略，进行了结构模型地震响应控制的小型振动台试验，验证了所提控制策略的有效性。首先，研究了振动台试验对象结构无控建模的相关问题，分析比较了AMD系统摩擦等效处理为线性粘滞阻尼的影响，以系统无控三自由度模型为例，结合正弦扫频试验进行了参数验证。其次，提出了基于极点配置控制算法的电磁驱动AMD系统控制策略，给出了理想的极点配置控制区域。最后，以El Centro地震波输入为例，试验比较了极点配置参数对结构振动控制效果的影响，结果表明恰当的控制策略及其参数是成功实现应用电磁驱动AMD系统控制结构振动的前提和基础。