大跨度拱桥基于降阶模型的半主动鲁棒控制

将磁流变阻尼器用于拱桥的减震控制,首先在模态分析的基础上对大跨度拱桥进行模型降阶,以用于控制系统设计。为解决大跨度拱桥降阶控制中模型简化而导致的未建模频域不确定性所引起的溢出问题,采用基于混合灵敏度的鲁棒控制策略来消除溢出不稳定。结合基于Sign函数的半主动控制算法,建立了拱桥磁流变阻尼器半主动鲁棒控制策略。最后,以西藏尼木大桥作为算例,对该拱桥采用上述半主动鲁棒控制和LQG半主动控制方法进行了减震控制分析比较。数值分析结果表明,该方法与通常的LQG控制方法相比,能有效的抑制溢出,保证系统具有更好的鲁棒性能。     

大跨度拱桥磁流变阻尼器减震控制

对拱桥这种大型结构在地震激励作用下实施减震控制是提高结构安全性的重要途径。为实现磁流变阻尼器在拱桥振动控制中的应用，提出在拱桥上设置磁流变阻尼器的减震控制方案。以改进的现象模型作为磁流变阻尼器的计算模型，采用LQG控制器一基于Sign函数的半主动控制算法，建立拱桥结构一磁流变阻尼器控制系统。最后，建立一平面拱桥模型，对该拱桥采用磁流变阻尼器进行减震控制分析。仿真分析结果表明通过合理地设计控制策略，拱桥磁流变阻尼嚣半主动控制可使拱桥地震反应取得良好的减震效果，而且半主动控制效果明显优于被动控制。     

改进的Bang-Bang控制算法的理论与试验研究

将电压的切换时间作为可调参数,提出了基于位移反馈的改进的Bang-Bang控制算法。建立了磁流变阻尼器对拉索减振的半主动控制的有限元模型以及基于dSPACE、MATLAB/Simulink和磁流变阻尼器等工具的半主动控制试验平台,从有限元数值仿真和试验实测两方面分析了改进的Bang-Bang控制算法和最优被动控制对拉索减振效果的影响。理论计算和试验实测结果都表明改进的Bang-Bang控制对拉索的减振效果优于最优被动控制,同样优于经典的Bang-Bang控制算法;半主动控制时阻尼器输入电压的切换时间对拉索系统的减振效果至关重要。     

磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法

提出一种泰勒级数-LQG控制方法进行磁流变半主动悬架时滞补偿控制。该方法利用泰勒级数对LQG控制求取的理想控制力进行时滞补偿,以使磁流变减振器的实际输出力逼近理想半主动控制力。在解析直接结合泰勒级数的LQG控制不能正常工作原因的基础上,提出了一种实用的泰勒级数-LQG控制设计方法,使得LQG控制结合泰勒级数之后LQR函数能够顺利运行。针对时滞较大时泰勒级数对控制的放大现象,并考虑到磁流变减振器性能和成本之间的平衡,以满足99%的减振控制要求确定磁流变减振器库伦阻尼力的幅值。以Smith Predictor-LQG(SLQG)控制方法为比较对象,通过仿真实例验证了泰勒级数-LQG控制方法具有良好的磁流变半主动悬架时滞补偿效果。     

基于LQG/LTR的磁流变阻尼器半主动控制律

针对由LQG(LinearQuadraticGaussian)控制器设计的MR阻尼器半主动控制律鲁棒性差的问题,采用LQG/LTR(LinearQuadraticGaussian/LoopTransferRecovery)方法,使LQG闭环系统控制力返回比尽量逼近对应的LQR(LinearQuadraticRegulator)闭环系统的控制力返回比,得到具有改善鲁棒性的LQG控制器,然后按照某种规则设计磁流变(Magnetorheological:MR)阻尼器半主动控制律。最后对三层被控框架结构进行地震响应分析,数值结果表明由LQG/LTR得到的半主动控制律控制性能相比于由LQG得到的半主动控制律具有较好的鲁棒性和稳定性,并达到了LQR半主动控制律的控制水平。     

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.     

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。     

土木工程结构振动的智能控制

该文主要介绍磁流变液阻尼器及其对工程结构振动的智能控制方法。指出了磁流变液阻尼器及其智能控制方法在目前研究中存在的三个主要问题:磁流变液的稳定性指标达不到要求、磁流变液阻尼器的半主动控制策略还存在缺陷、相对于常规被动阻尼器的技术优势得不到体现。针对此问题,建立了使磁流变液的稳定性达到国际领先水平的磁流变液的设计与制备方法及技术,提出了半主动控制效果优于"被动-开"的改进的固定增量半主动控制策略,并应用该理论和技术解决了常规阻尼器所不能解决的三类工程结构振动控制问题。工程实例的设计和仿真分析表明:该研究解决了磁流变液阻尼器对土木工程结构振动智能控制中存在的三个问题,使磁流变液阻尼器的智能控制方法与常规的结构振动控制方法相比具有较强的技术优势和应用前景。     

动调频液柱阻尼器基于遗传算法的LQR控制优化设计

ATLCD由调频液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper,TLCD)发展而来,在TLCD液柱端部连接气压控制箱,通过引入控制气压对结构实施主动控制。采用被动TLCD优化设计方法设计阻尼比及频率比,采用LQR算法确定ATLCD系统的主动控制力,并对LQR算法中权矩阵采用遗传算法进行优化。以一五层钢框架结构为例,顶层装ATLCD用LQR算法进行主动控制,加载El-Centro地震波进行时程响应分析,比较无控结构及被、主动控制结构的时程响应结果表明,采用ATLCD的减振效果明显优于采用被动装置。     

磁流变液阻尼器在振动控制中的应用

磁流变液阻尼器的主要工作原理是通过改变磁场强度使阻尼器工作间隙中的磁流变液表观粘度产生相应的改变,从而使阻尼力发生改变,已广泛应用于结构的半主动控制领域。半主动控制是一种混合的控制方法,与主动控制相比,具有耗能小,结构简单的优点,与被动控制相比,具有性能可以根据环境而改变,适应性强的优点,基于磁流变液阻尼器的结构半主动控制已在汽车悬架系统的振动控制、建筑与桥梁的结构减振控制中得到广泛应用。     

基于智能算法的高层建筑非线性地震反应的MR阻尼器半主动控制

研究了第三阶段结构振动控制的Benchmark问题;设计了基于模糊神经网络的控制器模型;采用磁流变(MR)阻尼器作为控制装置,对一座20层Benchmark建筑结构进行了非线性地震反应的数值仿真分析。首先,通过神经网络对足尺MR阻尼器进行了动力特性的辨识;其次,在设计模糊神经网络控制器时,提出了分区控制的设计思路。将智能控制器半主动控制下的仿真结果与样本LQG控制进行了对比分析。结果表明:提出的智能控制器能有效抑制高层建筑结构的非线性地震反应;与样本LQG控制相比,由于智能控制器的内在鲁棒性和对结构非线性反应控制的稳定性,在非线性结构的振动控制中有很大的应用潜力。     

斜拉索振动的ER-MR阻尼器半主动神经网络控制

建立了采用ER—MR阻尼器作斜拉索的基于神经网络的半主动控制方法。该方法采用离线训练好的神经网络兼作系统状态观测器和系统控制器，并根据ER／MR阻尼器特点，引入面向速度剪切的半主动控制策略，实现神经网络对斜拉索进行在线带自反馈的半主动控制。数值试验的结果表明：采用神经网络进行半主动控制，能够达到很好的控制效果，整条斜拉索的振动都得到有效的抑制。     

基于自适应模糊控制算法的公路桥梁MR半主动控制

摘要：为了有效处理振动控制中结构的非线性和外界荷载的不确定性,提出了基于自适应模糊控制算法（AFLC）的MR半主动控制算法。AFLC通过在线调节规则后件隶属度函数,以自适应模糊控制系统逼近等价控制律。通过引进Lyapunov稳定性理论设计了相应的自适应率。在此基础上结合限幅最优控制算法（clipped optimal）设计了适合MR阻尼器的半主动控制算法（AFLC/clipped optimal）。针对最近提出的公路桥梁控制的Benchmark问题进行仿真分析,结果表明：在不同场地类型和幅值的地震作用下,基于AFLC算法的主动和半主动控制策略都能够有效的抑制结构的地震响应,且MR半主动控制策略的控制效果与主动控制相近,表明了这种半主动控制策略具有很高的工程应用价值。     

Semi-active control of wind excited building structures using MR/ER dampers

A semi-active control strategy for building structures subject to wind loading and controlled by MR/ER dampers is proposed. The power spectral density (PSD) matrix of the fluctuating part of wind velocity vector is diagonalized in the eigenvector space. Each element of the diagonalized PSD matrix is modeled as a set of second-order linear filter driven by white noise. A Bingham model for MR/ER dampers is used. The forces produced by MR/ER dampers are split into passive and active parts and the passive part is combined with structural damping forces. A set of partially averaged Itô equations for controlled modal energies are derived by applying the stochastic averaging method for quasi-integrable-Hamiltonian systems. The optimal control law is then determined by using the stochastic dynamical programming principle and the cost function is so selected that the optimal control law can be implemented by the MR/ER dampers. The response of semi-active controlled structures is predicted by using the reduced Fokker–Planck–Kolmogorov equation associated with fully averaged Itô equations of the controlled structures. A comparison with clipped linear quadratic Gaussian (LQG) control strategy, for an example, shows that the proposed semi-active control strategy for MR/ER dampers is superior to clipped LQG control strategy.     

基于智能阻尼器的大跨度斜拉桥多支承激励地震振动控制

以磁流变阻尼器作为控制装置,采用Clipped-Optimal控制算法,分析Benchmark斜拉桥在受到多点地震激励下的半主动控制效果;分析了同一主动控制系统在控制斜拉桥分别受到一致激励和多点激励情况下的控制效果,并与半主动控制效果进行了比较。由于磁流变液阻尼器为可控制耗能装置,并不增加受控体系的机械能,在本质上可以保证控制系统的稳定性。数值分析表明:该半主动控制策略可以取得与主动控制相当的控制效果,甚至在某些方面还超过主动控制系统,因此,磁流变阻尼器可以有效地控制受到多点激励的大跨度斜拉桥地震振动。     

智能磁流变(MR)阻尼器半主动控制的研究

提出了一种基于磁流变(MR)阻尼器的结构智能半主动控制方法。利用模糊神经网络辨识出能真正反映磁流变阻尼器动力特性的智能辨识模型，在此基础上提出一种基于最佳逼近Bang—Bang主动控制的智能半主动控制算法，从而使得MR阻尼器在每一控制瞬时始终处于最大耗能状态，有效地减小了结构在地震作用下的位移与加速度响应。算例仿真验证了所提方法的有效性与实用性。