基于磁流變阻尼器技術(shù)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)混合控制理論與試驗(yàn)研究.pdf

1、通過(guò)在土木工程結(jié)構(gòu)上設(shè)置控制機(jī)構(gòu)，并與結(jié)構(gòu)共同抵御地震、風(fēng)荷載等動(dòng)力荷載的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)是結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)對(duì)策的一種有效方法，基于智能材料的主動(dòng)、半主動(dòng)及混合控制技術(shù)為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)的理論發(fā)展和工程應(yīng)用開(kāi)辟了新的途徑。磁流變(MR)阻尼器是一種基于智能MR流體的半主動(dòng)控制裝置，具有體積小、耗能少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)快并且阻尼力大等優(yōu)點(diǎn)，在土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制中具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文通過(guò)電磁場(chǎng)的理論分析，利用MR的材料特性，成功

2、研制了一種新型復(fù)合磁流變阻尼器。并且基于該復(fù)合磁流變阻尼器，利用線性二次高斯(LQG)控制及廣義預(yù)測(cè)控制算法對(duì)框架模型進(jìn)行了被動(dòng)、半主動(dòng)及混合控制的理論與試驗(yàn)研究，本文主要工作及成果包括以下幾個(gè)方面： (1)介紹一種復(fù)合磁流變阻尼器的基本工作原理和組成，基于電磁場(chǎng)基本原理建立了復(fù)合磁流變阻尼器的理論分析模型，并通過(guò)有限元進(jìn)行了模擬分析，驗(yàn)證了采用復(fù)合磁路進(jìn)行磁流變阻尼器設(shè)計(jì)的有效性； (2)設(shè)計(jì)和制作了一個(gè)最大出力約55

3、00N、可控阻尼力約為4680N的新型復(fù)合閥式磁流變阻尼器，并對(duì)阻尼器的動(dòng)力性能進(jìn)行了測(cè)試試驗(yàn)，根據(jù)目前對(duì)磁流變阻尼器研究的力學(xué)模型的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出一種適用于該磁流變阻尼器的修正的非線性滯回雙粘性模型； (3)針對(duì)自行制作的鉛芯疊層橡膠隔震墊和復(fù)合磁流變阻尼器的被動(dòng)、半主動(dòng)、混合控制系統(tǒng)，采用了僅依據(jù)加速度作為狀態(tài)反饋的線性二次高斯(LQG)算法控制和具有時(shí)滯自補(bǔ)償?shù)膹V義預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)；并在磁流變阻尼器的修正的非線性滯回雙粘性模

4、型基礎(chǔ)上，利用MNTLAB/SIMULINK強(qiáng)大而簡(jiǎn)明的建模能力，對(duì)三層鋼框架建立了以上兩種控制算法的SIMULINK仿真分析模塊，驗(yàn)證了控制方案的有效性； (4)在兩種不同地震波(El-Centro、Taft)激勵(lì)下，分別針對(duì)基于LQG和廣義預(yù)測(cè)兩種控制算法的半主動(dòng)控制系統(tǒng)、磁流變阻尼器以恒定電流-0.5A(Passive-onl)、OA(Passive-off)、2A(Passive-on2)和安裝鉛芯疊層橡膠隔震摯的四種被

5、動(dòng)控制系統(tǒng)，以及由以上半主動(dòng)控制方式和基礎(chǔ)隔震組合而成的混合控制系統(tǒng)，在WINCON/SIMULINK實(shí)時(shí)控制軟件平臺(tái)下對(duì)一個(gè)1：4三層鋼框架模型進(jìn)行了地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：基于復(fù)合磁流變阻尼器的控制系統(tǒng)是有效的，無(wú)論是被動(dòng)控制、半主動(dòng)控制還是混合控制，都顯著降低了模型結(jié)構(gòu)各層的響應(yīng)；復(fù)合磁流變阻尼器在不通入電流時(shí)具有一定的被動(dòng)控制效果，驗(yàn)證了復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)阻尼器具有更高的可靠性、實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)

6、性；試驗(yàn)中采用考慮時(shí)滯自補(bǔ)償?shù)膹V義預(yù)測(cè)控制效果要比采用LQG控制效果好，并且這兩種方案的都能以較被動(dòng)控制小的控制力達(dá)到較好的控制效果；從控制策略上講，無(wú)論是混合被動(dòng)控制還是混合半主動(dòng)控制，其控制效果明顯優(yōu)于單獨(dú)鉛芯疊層橡膠隔震墊基礎(chǔ)隔震和單獨(dú)安裝磁流變阻尼器的被動(dòng)控制，以及安裝磁流變阻尼器的半主動(dòng)控制。通過(guò)仿真分析與試驗(yàn)結(jié)果的比較，也證實(shí)了本文采用的仿真算法的正確性，從而為基于復(fù)合磁流變阻尼器的半主動(dòng)控制系統(tǒng)、混合控制系統(tǒng)在土木工程中的