TIOC半主动控制算法在相邻结构地震响应控制上的应用

在相邻结构间连接磁流变（MR）阻尼器可以有效减小两边建筑物的地震响应,同时也能通过控制建筑物之间的相对位移来防止碰撞。本文将基于信赖域的瞬时最优半主动控制算法（TIOC）应用于MR阻尼器连接的相邻结构振动控制问题中,首先由相邻结构动力方程出发建立了半主动控制问题的最优化方程组,进而得到TIOC半主动控制算法相应的带有限界约束的最小值问题在每个时间步求解TIOC最优半主动控制力。最后通过一安装有MR阻尼器的相邻建筑物的数值仿真分析对算法进行了验证。结果表明：TIOC半主动控制算法可以有效减小结构的地震响应;与Clipped-optimal控制算法相比在多阻尼器工况可以更好地控制相邻结构之间的相对位移;TIOC控制算法具有很好的适应性,可以通过改变算法中的控制目标函数使相应的控制效果发生明显改变,因此在实际应用中应该谨慎选取目标函数。     

多通道FULMS自适应前馈振动控制算法分析与验证

摘要：柔性结构振动主动控制的核心问题之一是控制策略与方法,针对FXLMS自适应滤波前馈振动控制方法参考信号不易选取问题,给出一种多通道FULMS自适应滤波前馈振动控制方法;首先进行控制器结构的分析与构建,概括描述和推导了多通道FULMS控制算法过程;为验证所分析算法的可行性和优越性,基于MATLAB软件包进行仿真分析,并与FXLMS算法分别进行单通道和多通道控制效果对比,分析结果表明多通道控制优于单通道控制,FULMS算法优于FXLMS算法。在此基础上,以航天器柔性帆板结构为理想模拟对象,构建压电机敏柔性板结构和测控系统进行实际算法控制实验;实验过程与验证结果表明,采用的FULMS控制器设计方法与控制算法是有效可行的,并具有较快的收敛速度和较好的控制效果。     

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。     

新型磁流变脂阻尼器对铁路连续梁桥地震响应模糊神经网络控制

为解决传统磁流变液阻尼器(Magneto Rheological Fluid Damper,MRFD)磁场利用率低及磁流变液沉降导致控制特性劣化难题,提出新型阻尼器—磁流变脂阻尼器(Magneto Rheological Grease Damper,MRGD)。采用神经网络(Neural Network,NN)对足尺MRGD动力特性进行辨识,通过将改进的限幅最优(Modified Clipped-Optimal,MCO)算法整合到模糊神经网络(Fuzzy Neral Network,FNN)理论来设计适合MRGD的FNN/MCO半主动控制策略,并构建SIMULINK仿真分析平台。以典型三跨铁路连续梁桥为工程背景,分别对未控制、FNN/MCO半主动控制及线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)主动控制下桥梁各项评价指标进行分析。结果表明,所提FNN/MCO半主动控制策略对桥梁地震响应控制效果明显优于LQG主动控制策略;FNN/MCO策略较LQG策略更利于控制装置性能发挥;FNN/MCO策略稳定性、鲁棒性均明显优于LQG策略。     

MR阻尼器对建筑结构地震反应的半主动H∞控制

研究应用MR阻尼器对建筑结构地震反应进行半主动控制的算法和原理。介绍了MR阻尼器的恢复力模型,并对其参数进行了设计,提出了基于全状态反馈与基于观测器的半主动H∞ 控制律。通过对装有两个MR阻尼器的六层框架结构的地震反应分析表明,基于这两种半主动控制律的控制方法能有效地减小结构的地震反应,并且具有好的鲁棒性能。     

NEBS GR-63-CORE抗震试验及其控制策略研究

对通信设备抗震试验方法进行了讨论,重点研究了NEBS GR-63-CORE抗震试验方法。针对抗震试验中地震模拟振动台频宽不够及存在非线性因素影响的问题,设计了地震模拟振动台三参量伺服控制算法,有效拓展了试验系统的频宽,提高试验系统的动态响应范围;并提出一种基于频域的驱动信号修正迭代算法,通过在线迭代修正驱动信号,补偿试验系统中非线性因素对系统的影响。NEBS GR-63-CORE抗震试验表明,基于三参量控制算法及驱动信号修正迭代算法的地震模拟振动台控制策略,能够实现高精度的地震波形复现试验。     

基于磁流变阻尼器的隔震高架桥Skyhook控制

为进一步提高隔震高架桥的抗震性能,避免在强震下隔震支座位移过大,可以将附加减震措施与隔震支座配合使用,组成混合隔震系统。基于位移控制目标,研究了简化的两自由度高架桥线性模型分别在最优被动控制、LQR主动控制、LQR-Clipped磁流变(MR)阻尼器半主动控制及MR阻尼器Skyhook控制下的地震响应。研究结果表明,基于Skyhook控制的MR阻尼器控制效果可以达到LQR-Clipped控制的效果,相对最优被动控制也体现出一定的优越性。并且Skyhook控制系统简单,具有较强的实用价值。     

斜拉索MR阻尼器减振自适应控制理论研究

该文提出了基于位移反馈的MR阻尼器对拉索振动的自适应控制算法。采用非线性有限元数值仿真方法分析了在外加简谐激励强迫振动条件下MR阻尼器对拉索自适应半主动控制的效果。将半主动控制效果与MR阻尼器、粘性油阻尼器分别对拉索实施最优被动控制的效果进行了比较。研究结果表明：在相同的外激励条件下,自适应控制算法参数的最终优化值不受...     

基于MR阻尼器的高速动车组悬挂系统半主动控制仿真

用联合仿真方法分析了基于磁流变(Magnetorheological,MR)阻尼器的两种半主动控制策略对8车编组高速动车组动力学性能的影响。建立了考虑非线性悬挂系统和MR阻尼器的8车编组高速动车组模型,并利用试验数据进行了验证。在进行MR阻尼器性能试验的基础上,利用多项式模型进行曲线拟合,得到了MR阻尼器的9阶多项式模型。通过ADAMS和Matlab联合仿真的方法,设计了开关控制器和改进型开关控制器,对基于MR阻尼器的高速动车组二系悬挂系统横向半主动减振器进行仿真分析。仿真结果表明:对比被动控制,开关控制和改进型开关控制作用下的车体横向加速度均方根值最大分别降低14.85%和22.58%,车辆横向运行平稳性指标最大分别降低4.23%和7.95%。由此可见,改进型开关控制的减振效果更佳。     

车辆半主动悬架阻尼多模式切换控制研究

为提高车辆行驶平顺性,提出了一种基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架及其控制方法。相较于传统阻尼可调减振器,该新型减振器通过控制两个高速开关电磁阀的通断状态即可实现四种不同的阻尼工作模式,从而使得车辆半主动悬架的阻尼控制更加高效和节能。分析了阻尼多模式切换减振器的基本原理,建立了减振器阻尼特性数学模型。结合车辆悬架系统的阻尼比范围,确定了减振器关键部件参数,并通过仿真获取了四种阻尼工作模式下的减振器复原阻尼系数和压缩阻尼系数。在此基础上,进一步建立了车辆半主动悬架数学模型,采用模糊控制逻辑设计了悬架阻尼多模式切换控制策略。仿真结果表明,相较于传统被动悬架和基于天棚控制的半主动悬架,基于阻尼多模式切换减振器的车辆半主动悬架可以进一步改善车辆行驶平顺性。     

基于磁流变阻尼器的高速机车横向半主动振动控制研究

摘 要：在分析磁流变阻尼器Bouc_Wen立方修正模型及高速机车振动特点基础上,提出应用磁流变阻尼器进行机车振动控制,建立了基于磁流变阻尼器的17自由度高速机车横向半主动模型。针对模型的非线性特征,在简单模糊控制规则基础上,提出根据控制效果实时修正磁流变阻尼器输入参数的自适应模糊控制策略。在MatLab环境中进行仿真,结果表明：与被动控制、简单模糊控制相比,自适应模糊控制能有效衰减机车横向振动;在低频阶段,尤其是对乘坐舒适度影响大的5~8HZ范围内能显著提高高速机车的平稳性和乘坐舒适性。     

汽车悬架磁流变减振器模型分析及半主动控制策略研究

用多项式模型作为磁流变减振器的力学模型,研究了传统"开-关"型半主动控制的阻尼力跳跃对汽车簧载质量振动加速度产生的不利影响,针对1/2汽车模型对具有磁流变减振器的汽车悬架简单模糊和自适应模糊神经半主动控制策略进行了数值仿真,基于数值仿真结果分析了各控制策略的效果.     

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。     

Reliability assessment of MR fluid dampers in passive and semi-active seismic control of structures

In this paper, the reliability assessment of magnetorheological (MR) dampers in reducing structures’ seismic responses is studied. Two passive and semi-active control scenarios are considered and discussed. For semi-active control scenario, the Lyapunov control algorithm is used. In order to minimize the structure’s responses under a given earthquake excitation, an unconstrained optimization problem is first defined and solved via genetic algorithm to find an optimal diagonal matrix in Lyapunov’s control algorithm. The procedure is explained for a three-storey benchmark shear structure equipped with MR damper in all storeys. The structure’s responses reliability for various uncertainties are derived and interpreted based on standard Monte Carlo simulation approach. In the reliability problem, for the limit state function two cases based on human comfort and structural safety criteria are defined and investigated. Furthermore, the most influential uncertain variables and control scenarios on structures’ reliability are identified. Finally, a sensitivity analysis on the coefficient of variations of random variables on the structure’s responses reliability is accomplished. The results show that in the joint event, the MR damper is more reliable for acceleration control rather than drift control in passive control scenario. The aforementioned trend is reversed for semi-active control scenario. Additionally, passive control scenario is more reliable than the semi-active control scenario in reducing maximum acceleration of structure. However, in reducing maximum drift of structure, the values of the reliability in semi-active control scenario are almost similar to passive control scenario.     

基于3-RPC并联机构的三维振动隔离系统的动力学建模与控制研究

基于车体振动的特点提出一种应用于车载设备的三维隔振系统,建立了该系统的半主动模糊最优控制模型,并通过实验验证了该多维隔振系统的性能。该系统通过使用磁流变(MR)阻尼器与弹簧组成的隔振子系统代替3-RPC(旋转副-平移副-螺旋副)并联机构中的驱动器实现空间三维振动隔离。控制模型结合了H∞状态反馈控制方法和MR阻尼器的工作原理得到阻尼器的可输出控制力,并通过模糊模型计算得到MR阻尼器的输入电流。设计制造了一套振动隔离实验平台,并采用正弦信号和随机信号进行振动实验完成了对平台的隔振性能的验证。通过测量上平台的振动加速度表明此隔振系统具有良好的隔振效果。     

MR阻尼器半主动控制对拉索减振效果的仿真分析

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索动力计算模型。采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,对某大桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析,以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标。磁流变阻尼器力学关系选用Spencer现象模型。比较了MR阻尼器半主动控制与被动控制对斜拉索前三阶的减振效果,对MR阻尼器耗能机理和半主动控制算法的实用性进行了探讨。同时考察了系统的共振峰频率漂移及滞回曲线形状,提出了理想的粘性可变阻尼器模型。分析表明:基于位移和速度方向半主动控制的算法简单、易于操作、安全可靠且对长索多阶振动模态亦能取得较好的减振效果,优于被动控制。MR阻尼器的制振效果主要来自耗能,调频作用较小。     

MR阻尼器控制算法对斜拉索的减振效果

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,以及基于最优控制力的多种主动控制算法(线性最优控制算法、特征结构配置法、次最优控制法、变结构滑移模态控制法)对杭州湾大桥南航道桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析.以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标,从控制效果和易实施的角度评述了各种半主动控制算法.计算表明半主动控制算法对斜拉索的减振效果可优于最优的被动控制.