基于人工鱼群算法的随机结构AMD控制系统LQR权矩阵优化

针对随机结构在平稳随机激励下线性二次最优控制的权参数选取问题,提出了基于人工鱼群算法的随机结构AMD控制系统权矩阵优化设计方法。该方法以结构随机响应和控制力均方值的加权组合为目标函数,考虑了结构和外激励的随机性对于控制效果的影响。其优化结果不仅保证了控制器的控制效果,而且降低了控制效果对于随机参数的敏感性,增强了控制器的鲁棒性。最后结合数值算例,验证了所述方法的有效性和正确性。     

建筑结构振动分散控制系统的多目标优化研究

基于结构可控性指标、粒子群—差分进化多目标混合群(MOHO)算法及分散控制系统结构随机响应求解提出了一种分散控制系统多目标优化设计方法,对结构分散控制系统的作动器位置、数量、控制器参数和子系统划分进行优化。利用结构可控性指标对作动器最优布置楼层进行确定;利用多目标混合群优化算法对分散控制系统内各子系统作动器数量和控制器反馈增益进行优化;以随机地震激励下反映结构振动控制效果和控制策略优劣的双指标作为各子控制系统的优化目标函数。针对一12层框架结构,采用提出的分散控制系统多目标优化方法对多种分散控制方案进行有优化设计,并在实际地震动激励下,对优化结果进行时程验证分析,表明该优化方法是稳定、有效可行的,优化得到的分散控制系统较集中控制系统而言有更理想的控制效果。     

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。     

多目标遗传算法在电梯主动导轮系统集成优化设计中的应用

介绍了一种基于多目标遗传算法的电梯主动导轮系统集成结构和控制器优化设计方法。在本方法中．电梯主动导轮结构参数和主动控制器参数同时作为优化设计变量，电梯系统性能和控制代价作为优化设计目标。这是一个复杂的多目标优化问题。由于控制器具有特定的结构，多目标遗传算法直接被用来求解该多目标集成优化问题。这样不仅可以避免权函数的选择，而且一次运行就可以求出所有的Pareto最优解。最后用一个实验室比例电梯模型作为例子来说明该设计过程。     

土木工程结构保性能PID协调分散控制研究

针对大型土木工程结构提出一种协调分散控制策略;该策略在分散化控制基础上,通过设置一个不受子系统影响的高层协调系统来加强各子控制器对结构的控制能力。基于线性矩阵不等式方法和PID控制理论,推导了能够保证协调系统渐进稳定及系统性能上届最小的最优保性能PID协调控制器;在此基础上,结合极值控制原理,以结构控制效果整体最优为目标设计各子控制器,进而得到协调分散控制系统的反馈控制律;同时利用模拟退火算法对各子控制器进行优化设计;对ASCE 9层Benchmark模型分别进行集中控制、全维分散控制、部分分散控制和协调分散控制优化设计及仿真分析。结果表明,不同地震激励下,协调分散控制较集中控制与分散控制能更好地抑制结构的振动响应,协调控制器与子控制器协同控制下能保障各子系统作动器均处于最大功效工作状态。     

基于组合优化策略的热封机构设计

目的通过组合优化策略对热封机构进行结构优化设计。方法建立热封机构有限元参数化模型和多目标优化模型,通过动力学有限元分析获得热封机构结构强度薄弱环节,并采用最优拉丁超立方实验设计对影响热封机构结构强度的主要参数进行研究,分析参数与应力位移之间的响应规律,构造基模型对热封机构进行基于组合优化策略的结构优化设计,取多岛遗传算法和序列二次规划法组合的优化策略逼近最优解。结果组合优化过程中的校正决定系数接近1,模型的结构应力最大值和位移最大值均降至许用范围内。结论对热封机构优化设计采用组合优化策略可行,结果可信度高,效果明显。     

考虑时滞的结构AMD系统控制方法与效果分析

无线传感器网络的特点使得控制系统中不可避免地存在时滞,从而导致作动器产生的控制力不能及时地施加到结构上,影响控制效果。从考虑时滞的结构主动质量阻尼(AMD)控制系统的状态微分方程求得控制律,研究时滞线性系统振动的主动最优化控制方法并给出具体的实现过程。设计出的控制律表达式中既包括当前的状态反馈,又包括前若干步控制项的线性组合。若仍按无时滞控制设计对时滞控制系统进行控制将可能导致系统的响应发散,达不到对受控结构减振的目的。仿真算例表明,在一定的时滞量范围内,所提方法能够对结构的峰值响应和均方值响应均能达到较好的控制效果,而且确保了系统的稳定性。     

改进遗传算法的结构随机控制系统优化分析

结构主动/半主动控制效果与输入动力作用的性质、主动/半主动控制算法、减振装置的设置数目和位置等因素有关。为解决随机激励作用下、结构控制系统中控制器参数优化与作动器优化配置问题,提出一种改进的遗传算法。该遗传算法采用随机竞争与最佳保留相结合的选择策略,以提高计算效率;为避免交叉和变异操作产生违反约束条件的个体,发展了改进的二进制单点交叉和改进的单基因座与双基因座变异。数值算例分析表明,提出的改进的遗传算法计算精度高,收敛速度快,是一种有效的结构控制系统一体化优化分析方法。     

轴系中扭转弹性波的主动控制研究

建立了单一控制源单一误差传感器前馈控制形式的扭转弹性波主动控制系统,并以位移响应为目标函数研究了扭转弹性波主动控制的最优控制效果问题以及控制力的确定.建立了扭转弹性波主动控制的试验装置以及以TMS320C25高速单片机为核心的单通道自适应控制器,以直轴为试验对象,开展了扭转弹性波的主动控制试验研究.并对理论研究和实验结果进行了比较.     

权函数矩阵取值对结构主动抗震控制参数的影响研究

本文对状态权函数和控制权函数的不同取值对主动控制系统中被控结构的动力响应和控制器的控制力输出的影响进行了谇，并通过一个实桥主抗震控制的计算与对其进行了分析研究。     

持续有界路面激励下的车辆主动悬架可靠L1干抗抑制控制

在车辆主动悬架控制当中,路面激励通常可建模为一类持续有界的外部干扰。针对该问题,提出了车辆主动悬架的可靠L1干扰抑制控制方法。区别于以往的H∞/GH2控制方法,文中无需假设路面干扰为能量有界的情况。在控制器设计中,使用L1性能指标来提高汽车悬架的舒适性,同时保证悬架的其它性能,如悬架动行程、轮胎动载荷、控制饱和和执行器错误。以线性-分数矩阵不等式给出了控制的设计条件,控制器可根据凸优化方法和广义特征值问题求得,且相应的闭环系统具有指数的稳定性及L1干扰抑制性能。最后通过数值实例表明,在持续有界的正弦型和随机白噪声路面激励下,系统能取得理想的驾驶舒适性能,并保证悬架硬约束。     

基于多工况并行任务的摩托车悬架参数多目标优化

应用摩托车动力学软件BikeSim建立了人-车系统仿真模型,对加速/制动工况下的车身俯仰角和B级路面工况下等速行驶的整车平顺性分别进行了仿真;以加速/制动工况下的俯仰角最大值和等速B级路面工况下的车身垂向、俯仰振动加速度均方根值为优化目标,以悬架特性参数为设计变量,采用iSIGHT集成BikeSim和MATLAB建立两种工况的并行计算任务,对摩托车悬架系统进行了多目标优化,根据Pareto前沿提出了一种确定目标权重的方法,得到了最优解。优化前后结果对比表明：加速/制动俯仰角和平顺性均有改善。     

基于GA－RS的规则钢筋混凝土桥梁圆形单柱桥墩延性抗震优化设计

提出抗震结构集成优化设计的新方法,将多目标遗传优化算法与反应谱分析很好地结合起来,建立规则钢筋混凝土圆形单柱桥墩多目标抗震优化设计的通用框架,以圆形单柱桥墩的截面半径、纵向钢筋配筋率和横向箍筋配筋率为设计变量,以结构的初始材料造价、抗震强度需求能力比、抗震延性需求能力比为优化目标函数。通过把延性抗震设计问题转化为多目标优化问题,从而使设计者可以很好地平衡抗震设计的各种关键因素,并以可控的方式处理多个优化目标而获得Pareto意义上的最优设计参数。     

Optimum design of concrete cable-stayed bridges

The design of cable-stayed bridges involves a significant number of design variables and design objectives. The concrete cable-stayed bridge optimization is formulated here as a multi-objective optimization problem with objectives of minimum cost, minimum deflections and minimum stresses. A numerical method is developed to obtain the optimum design of such structures. This numerical method includes: structural analysis, sensitivity analysis and optimization. The structural analysis accounts for all the relevant effects (concrete time-dependent effects, construction stages and geometrical nonlinear effects). The structural response to changes in the design variables is achieved by a discrete direct sensitivity analysis procedure, and an entropy-based approach was used for structural optimization. The features and applicability of the proposed method are demonstrated by numerical examples concerning the optimization of a real-sized concrete cable-stayed bridge.     

基于RDRNN的变阻尼半主动结构控制振动试验研究

在一个1：4的五层模型刚架结构上进行了变阻尼半主动结构控制的振动台试验,应用多输入多输出分支动态递归神经网络模型RDRNN建立了神经网络控制器,利用已有的试验数据对神经网络控制器进行训练,然后应用该神经网络控制器对结构进行变阻尼半主动结构振动控制,输入了几种不同的地震波,对比分析了该神经网络控制器的控制效果。振动参试验结果表明,应用神经网络控制器对结构进行变阻尼半主动结构控制,可以达到较好的控制效果,所需控制信息较少,并且对不同的地震激励有较强的荷载适应性。     

一种基于压电堆执行器的柔性结构滞后补偿PID控制

采用压电叠堆执行器和PID控制相结合方法解决柔性结构振动问题。提出相位补偿和分频控制相结合的方法分别解决柔性结构中存在的相位滞后和多频激励问题。首先通过有限元分析方法对柔性梁结构进行理论模态分析,并搭建实验系统进行验证,确定系统的主导模态。然后对系统延时进行理论分析,通过实验辨识出激励频率与滞后补偿的函数关系。最后设计基于滞后补偿的分频PID控制器,通过实验验证多频振动激励条件下所设计控制器的振动控制效果。结果表明所设计的滞后补偿PID控制器对相位滞后有较好补偿效果,最大振动衰减可达45%。     

Topology optimization of structures under multiple loading cases with a new compliance–volume product

This article proposes a new topology optimization method for the design of structures under multiple loading cases. The design is formulated as a multi-objective optimization problem by minimizing a new compliance–volume product, which optimizes the overall stiffness and volume simultaneously to avoid the empirical decision on design constraints and obtain an even lower structural volume. A normalized exponential weighted criterion (NEWC) method is included in the multi-objective optimization problem for the capture of the entire Pareto frontier. A weight evaluation method, in terms of the fuzzy multiple-attribute group decision-making (FMAGDM) theory, is incorporated in the problem to evaluate the weights of the objectives and guarantee the optimal design in an acceptable level. The solid isotropic material with penalty (SIMP) method is used to represent the dependence of elemental densities on material properties. Three typical numerical examples are employed to show the effectiveness of the proposed method.     

Swarm algorithms for single- and multi-objective optimization problems incorporating sensitivity analysis

Swarm algorithms such as particle swarm optimization (PSO) are non-gradient probabilistic optimization algorithms that have been successfully applied for global searches in complex problems such as multi-peak problems. However, application of these algorithms to structural and mechanical optimization problems still remains a complex matter since local optimization capability is still inferior to general numerical optimization methods. This article discusses new swarm metaphors that incorporate design sensitivities concerning objective and constraint functions and are applicable to structural and mechanical design optimization problems. Single- and multi-objective optimization techniques using swarm algorithms are combined with a gradient-based method. In the proposed techniques, swarm optimization algorithms and a sequential linear programming (SLP) method are conducted simultaneously. Finally, truss structure design optimization problems are solved by the proposed hybrid method to verify the optimization efficiency.     

压电智能连续体结构/控制一体化广义拓扑优化

对于以往较少涉及到的同时考虑结构拓扑、作动器位置与数目和控制器参数等多种优化设计变量参与的压电智能板结构的一体化优化设计问题,研究了结构/控制一体化广义拓扑优化设计的方法。提出采用基于耦合模态空间的二次型最优控制系统设计与基于遗传算法和数学形态学处理的策略进行一体化拓扑优化设计实现。数值算例的结果表明,所提方法合理、有效,能够得到清晰的结构拓扑和良好的可控性。