变刚度半主动结构振动控制

变刚度半主动控制是通过改变结构的刚度来减小结构的振动反应。本文提出了变刚度半主动控制系统及其理论,并研制了该系统,成功地实现了变刚度半主动控制振动台试验。试验与分析表明,所提出和研制的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。该系统可实现全部硬件化、构造简单、造价低、健壮性好、鲁棒性好,具有很大的应用前景。     

毗邻结构变刚度变阻尼半主动控制

应用李亚普诺夫理论设计了变刚度变阻尼的半主动控制律；建立了带可控阻尼器的毗邻结构半主动控制的理论算法；基于本文理论与方法对毗邻结构半主动控制进行了控制模拟分析，计算机仿真结果表明：这种半主动控制体系对毗邻结构的各子结构具有较好的减震效果。     

非线性阻尼变刚度半主动结构振动控制

提出了具有非线性阻尼器的可变刚度系统及其半主动振动控制理论与方法，通过对５层钢框架试验模型的仿真计算，分析了非线性阻尼变化对结构振动响应的影响。分析结果表明：所提出的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。     

调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动控制的试验研究

通过振动台试验来验证调液阻尼器对偏心结构扭转耦联振动反应的减振效果及理论分析的正确性。设计了一个二层的单向偏心钢结构模型,在结构的顶层放置一个调液柱型阻尼器（TLCD）和一个环形调液阻尼器（CTLCD）并对其参数进行优化设计,在振动台上,分别对结构无控时的反应和设置调液阻尼器后的反应进行试验研究。通过分析结构模型在地震波作用下的加速度和位移响应,结果表明,调液阻尼器能有效抑制结构的在地震作用下的扭转耦联振动,而且同时设置TLCD和CTLCD的减振效果要好于单独采用TLCD或CTLCD时的减振效果。     

基于磁流变阻尼器的结构模糊半主动控制实验研究

基于磁流变阻尼器的结构半主动控制兼有被动和主动控制的优点,近年来受到了广泛的关注,但设计与之相适应的控制系统仍是一项具有挑战性的工作。本文针对多输入多输出结构-阻尼器系统,提出了一种基于遗传算法的模糊控制器设计方法。由遗传算法自适应优化生成模糊控制规则,建立从加速度响应到磁流变阻尼器控制电压之间的关系,对结构进行半主动控制。通过两个结构振动控制实验,证明了该方法的有效性。     

磁流变式调谐液柱阻尼器的两级双态半主动控制

磁流变式调谐液柱阻尼器（MR-TLCD）是由调谐液柱阻尼器（TLCD）和磁流变液阻尼器（MRD）组成的新型半主动控制装置。依据Lagrange方程建立了MR-TLCD与单自由度结构耦合动力方程,从耗能受力角度详细阐述了MR阻尼力、TLCD液体恢复力是阻尼力还是负阻尼力。基于MTALAB/Simulink工具箱,仿真分析了单自由度被控结构受风致振动时简单双态控制、离复位控制和两级双态控制三种半主动算法下的减振效果。结果表明提出的两级双态控制算法效果最优,离复位控制次之,简单双态控制也远好于被动控制效果。综合考虑MR-TLCD与被控结构组成的动力系统,两级双态控制最趋于稳定。三种控制算法均显示良好控制效果,且结构位移控制效果略好于结构加速度。     

基于模糊控制的高速机车横向半主动控制研究

针对基于磁流变阻尼器的高速机车横向半主动悬挂系统,在分析修正的BOUC_WEN力学模型的基础上,提出了基于一般模糊控制的量化因子、比例因子的参数自适应模糊控制策略,并在SIMULINK环境中进行仿真分析,结果表明：与被动控制、一般模糊控制相比,参数自适应模糊控制能明显减小机车横向振动加速度,从而提高机车运行稳定性和乘客舒适性。     

水平两自由度组合结构体系的变刚度控制

可变刚度系统应用于单体结构能够取得显著的振动控制效果。本文提出了组合结构体系的变刚度半主动结构振动控制，并通过对水平两自由度组合结构体系的变刚度吸能释能控制系统的研究，揭示了水平组合结构体系变刚度振动控制的机理。分析表明，采用这种变刚度半主动控制，能够使组合结构体系在地震作用下的动力反应得到有效的控制。     

管式变摩擦阻尼器的减振性能试验与数值模拟

提出了一种具有变刚度特征的管式变摩擦阻尼器,该阻尼器的主要部件包括套筒和装于其内并可来回移动的摩擦环。摩擦环外径略大于套筒内径,当摩擦环装入套筒后将产生装配应力,因而当摩擦环左右移动时接触面上将产生摩擦力。变摩擦的功能是通过在套筒壁中摩擦环初始所在部位适当开缝的方式实现的。由于在套筒壁中部开了缝,在其初始状态阻尼器套筒对内环几乎没有约束应力,这样在非工作状态套筒对内环之间的摩擦力就很小了。研究表明,在结构中安装这类变摩擦阻尼器以后,可以使得系统具有半主动变刚度的特征：即在结构偏离平衡位置时,阻尼器的套筒提供越来越大的围束力,导致套筒和内部摩擦环之间产生越来越大的摩擦力,从而能阻止结构位移增加;在结构返回平衡时,阻尼器提供反向摩擦力,其幅值逐渐减小,使结构在复位过程中振动速度得到抑制。对此种被动变摩擦阻尼器的性能试验和有限元数值模拟都证明在工程结构中应用该阻尼器能够达到主动变刚度控制效果,装置非常简单,而变刚度控制系统则是需要计算机和伺服反馈阻尼器支持的。由于该阻尼器构造简单,出力大,价格低廉,能够适应各种结构和机械工程减振控制的需求,因此具有很好的推广应用前景。     

变刚度半主动控制结构的抗震设计方法

就拟振型分解法求解变刚度半主动控制结构各层层间最大剪力的修正问题进行了探讨，为提高计算精度，对拟振型分解法做了进一步改进。考察了该类结构层间最大剪力在结构构件和控制装置之间的分配情况。在此基础上，初步建立了变刚度半主动控制结构的实用抗震设计方法。     

Nonlinear vibration control of a tall structure with tuned liquid column damper

The nonlinear vibration model of a structure with the tuned liquid column damper (TLCD) is established. TLCD is a successful structure control device. The damping of TLCD is amplitude-dependent and consequently nonlinear. Due to its complexity, the effective linear model is considered for investigating structure characteristics in almost all literatures. Moreover, the structure is usually modeled as a single degree of freedom model. However, the analytical solution for this nonlinear system is derived here. Further, it is found that the optimum design of TLCD for the suppression of vibration depends greatly on the structure parameters.     

磁流变式调谐液柱阻尼器的离复位控制

提出了抑制水平振动的磁流变式调谐液柱阻尼器(MR-TLCD)模型,建立了单自由度结构——MR-TLCD的耦合运动方程。从系统动力方程出发,根据离复位控制策略,确定了MR-TLCD与单自由度结构相互作用过程中的合理阻尼大小。数值计算中,利用谐波叠加法模拟风荷载作用于该系统,并通过调节MR-TLCD的电压进行实时控制。仿真结果说明了在离复位控制策略下,MR-TLCD用于结构风振控制的合理性和有效性,是理想的半主动控制装置。     

磁流变阻尼器实验建模及模糊半主动振动控制

利用磁流变阻尼器特性试验数据,通过曲线拟合等手段建立了双sigmoid力学模型。该模型的参数是控制电流和振动频率、振幅的函数,能准确描述不同激励条件下阻尼力-速度滞回特性。建立了双层隔振系统模型,分析了阻尼比对传递函数的影响。提出了一种模糊半主动振动控制算法。仿真结果表明,该控制算法在宽频范围上能取得很好的隔振效果。     

液体质量双调谐阻尼器（TLMD）的设计方法研究

基于结构动力学和流体力学原理,对液体质量双调谐阻尼器(TLMD)的减振机理和计算公式作了推导,归纳了TLMD的设计方法。在此基础上,结合调谐质量阻尼器(TMD)的有限元模型,以及单自由度体系在给定初位移的自由振动试验,检验了TLMD设计方法的可行性与准确性。试验结果表明TLMD减振效果的试验值与模拟值吻合较好,且近似为调谐液体阻尼器(TLD)和TMD的叠加,整个设计过程较为简便。最后以30层钢框架结构的地震响应控制为例,演示了应用TLMD减震的设计过程。     

利用电流变阻尼器的索振动控制实验研究

由于拉索具有极大的柔性,相对较小的质量,以及非常低的阻尼,其对风荷载及交通荷载引起的振动十分敏感.最近的研究方向也转向了对索振动使用电/磁流变阻尼器的半主动控制.本文通过在靠近下端锚固点的轴垂直方向设置电流变阻尼器来减缓拉索振动.实验中,我们对实际索结构中143m长的索取1/12的模型比,也就是建立一个12m长的索模型.设计了一个电流变阻尼器,在不同的激振力幅值和不同的使用电压条件下,对拉索-阻尼器系统的非线性振动特性进行了实验研究.最后计算了索控制后的振动衰减效果.     

基于磁流变阻尼器的机车横向悬挂半主动控制研究

半主动控制与被动控制和主动控制相比具有可靠性高、能耗低和容易实现的特点,正成为一种颇具前景的悬挂振动控制方式.利用磁流变液的流变特性制成的磁流变阻尼器是一种性能优良的半主动控制装置.本文首先建立了采用磁流变阻尼器的三自由度机车车辆横向半主动悬挂系统模型;在对磁流变阻尼器的阻尼特性进行试验研究的基础上,提出了一种磁流变阻尼器的数学模型,并用优化方法确定了的模型参数;而后提出了一种半主动控制策略,得到了系统的振动响应;与被动悬挂相比,采用磁流变阻尼器的机车横向半主动悬挂系统可显著降低悬挂质量的加速度值.     

Stochastic optimal control of wind-excited tall buildings using semi-active MR-TLCDs

A new semi-active control device, magneto-rheological tuned liquid column damper (MR-TLCD), has been devised recently by the authors for mitigation of wind-induced vibration response of tall building structures. The developed device combines the benefits of magneto-rheological smart materials and tuned liquid column dampers. In this paper, real-time semi-active vibration control of tall building structures incorporating nonlinear MR-TLCDs under random wind excitation is studied by means of the statistical linearization method and the optimal linear quadratic (LQ) control strategy. The equations of motion of a tall building structure subjected to random wind loading and controlled by using MR-TLCDs at the top floor are first derived and represented in modal coordinate. After linearizing the uncontrollable part of MR-TLCD damping force and incorporating it with structural components, the classical linear quadratic (LQ) control strategy is applied to the linearized structural system to determine optimal control force of the MR-TLCDs. Clipping treatment is performed to ensure the commanded control force implementable by the MR-TLCDs. Wind-excited response of the semi-actively controlled structural system is evaluated by using the frequency-response function and then compared with that of the passively controlled structure to determine the control efficacy. A case study of a 50-story building structure is conducted to illustrate excellent control efficacy of the proposed semi-active MR-TLCD control system.     

基于预瞄技术的汽车磁流变半主动悬架控制方法

在综合利用磁流变减振器控制电流与输出阻尼力的关系、以及轴距预瞄控制技术的基础上,提出汽车磁流变半主动悬架预瞄控制方法,通过理论分析和计算机仿真,研究在不同行驶速度下汽车磁流变半主动悬架动态性能,实验表明,该法具有提高悬架系统的控制性能,使悬架承受的冲击响应小、振动强度低和汽车行驶平顺性好等特点.     

高速车辆横向减振器模糊天棚半主动控制研究

为了研究减少高速列车运行中车体横向振动,利用ADAMS/Rail与Matlab建立了联合仿真高速列车车辆动力学模型,并利用开关型天棚控制算法和连续型天棚控制算法对高速列车车辆横向减振器进行了半主动控制仿真研究.结果表明：开关型天棚控制算法简单实用,但控制效果逊于连续型天棚控制算法,还有可能发生颤振;连续型天棚控制算法控制效果好,但对系统的实时性和减振器结构的要求较高.针对这2种控制器的优缺点,同样基于上述模型,结合模糊理论和天棚速度阻尼控制,开发了一种新的控制方法,经研究表明,该控制方法具有很好的控制效果,并能弥补上述2种方法的不足.