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为了解决调谐质量阻尼器( TMD)的有效工作频域较窄和主动质量阻尼器( AMD)的控制力存在时滞效应的问题,提出在TMD中嵌入磁流变阻尼器( MRD)的新型半主动控制装置―――TMMRD。 采用模糊控制器取代传统滑动模态控制( SMC)的不连续“开关”式控制和等效控制的不确定性规则,基于Lyapunov函数设计自适应模糊控制律,结合改进的限幅最优(MCO)控制算法提出适合TMMRD的自适应模糊滑动模态半主动控制(ASMC/MCO)策略。 运用TMD被动控制、ASMC/MCO半主动控制、ASMC主动控制和线
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收稿日期
基金项目国家自然科学基金项目 十二五国家科技支撑计划项目
作者简介马涌泉男博士研究生从事结构振动及控制研究
文章编号
一一种对高层建筑振动半主动控制的新策略
马涌泉 邱洪兴
(东南大学土木工程学院,南京 )
摘要为了解决调谐质量阻尼器的有效工作频域较窄和主动质量阻尼器的控制力存在时滞效应的问题
提出在 中嵌入磁流变阻尼器的新型半主动控制装置 采用模糊控制器取代传统滑动模态控
制的不连续开关式控制和等效控制的不确定性规则基于 函数设计自适应模糊控制律结合改进的
限幅最优控制算法提出适合 的自适应模糊滑动模态半主动控制 策略 运用 被动
控制 半主动控制 主动控制和线性二次型高斯主动控制分别对一座 层钢框架结构进行地
震响应分析 研究结果表明提出的 控制策略的鲁棒性明显优于 控制和 控制下的减震
效果明显优于 控制和 控制 的半主动控制力与 的主动控制力吻合很好
关键词高层建筑 调谐质量阻尼器 磁流变阻尼器 自适应模糊控制 滑动模态控制 函数
中图分类号 文献标志码
引用格式马涌泉邱洪兴 一种对高层建筑振动半主动控制的新策略 中国石油大学学报自然科学版
New semi-active control strategy for vibration suppression
of high-rise building
Abstract
Key words
年 第 卷 中国石油大学学报( 自然科学版)
第 期
调谐质量阻尼器 对建筑结构的振动有
一定的抑制效果
但 中的阻尼器不具备可
调性导致 仅能对某一特定频率起作用严重
降低了其工程应用价值 主动质量阻尼器
虽可在较宽的频域内工作但存在能耗高易溢出和
稳定性差等不足并且控制机构的驱动存在时滞严
重影响了其减振效果 不同的控制算法对控制系统
的性能有较大影响
目前关于控制理论的研究
集中在线性二次型高斯 算法
和极点配置
算法
高层结构在强震作用下会进入非线
性阶段线性控制算法已不再适应对此学者们提出
了一些考虑结构非线性和荷载不确定性的交替控制
算法模糊逻辑控制
自适应控制
和滑动模态
控制
传统的模糊逻辑控制器 很难确定
隶属度函数和控制规则遗传算法
和神经
网络
虽被用于提高 的性能但是当不
同类型或不同水平的输入荷载出现时 的优化
结果和 训练便不再适用 滑动模态控制
能提供卓越的鲁棒性应对外界的不确定因素此外
通过 稳 定 性理 论
可 以 开展 稳定 性 分
析这些都优于传统的 笔者将 与改进
的限幅最优控制 相结合提出适合
的 半主动控制策略运用此策略对一
座 层钢框架结构进行振动控制数值分析并将其
计算结果与 及 等控制策略的结果
进行对比
1 TMMRD 的力学模型
中采用的 用于控制系统的调节
机构可通过改变磁场强度调节其力学阻尼特性抑
制结构地震响应 该装置中的 采用并联的形
式分别与质量块和主结构连接其力学模型如图
其中
为质量块的质量
为弹簧提供的恢复刚
度所示
图 1 TMMRD 的力学模型
Fig. 1 Mechanical model of TMMRD
的力学模型采用 等
提出的
模型该模型能很好地模拟 在不
同运动状态和外部电流下的输出阻尼力情况其力
学模型见图 数学表达式为
ì
î
í
ç
ç
ç
ç
ç
ç
式中 为 的阻尼力 为 模型的滞
迟量
为蓄能器的刚度
为较高速度下获得的
黏滞阻尼
为低速环境下包含阻尼器的模型发生
衰减而产生的阻尼系数试验值
为较高速度下的
控制刚度
为保证蓄能器的刚度为
且输出标识
阻尼力时须产生的初始位移 和 均为
的性能参数
图 2 MRD 的力学模型
Fig. 2 Mechanical model of MRD
由于黏滞阻尼系数随着命令电压 的不同而发
生线性变化则功能依靠性方程可表示为
ì
î
í
ç
ç
ç
ç
的磁流变液在达到流变平衡时涉及的动
力学特性采用如下的一阶滤波器表述
式中 为一阶滤波器的输出 为一阶滤波器的
时间常数
新型控制装置 的控制力向量
由多个
的阻尼力向量组合值
与弹簧的弹性恢复力
向量
组成即
式中
为 与楼层的相对位移向量
2 ASMC 算法
单自由度非线性建筑结构在地震激励下的运动
方程可表示为
式中 为质量矩阵
为结构的加速度向量
和
分别为阻尼力向量和刚度恢复力向
量 为影响系数矩阵
为地震加速度向量
第 卷 第 期 马涌泉,等:一种对高层建筑振动半主动控制的新策略
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