结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

随机激励下汽车悬架磁流变阻尼半主动控制研究

本文研究了在被动控制、半主动线性控制、半主动磁流变非线性控制三种控制策略情况下，采用磁流变阻尼的1／4车体模型的运行效果，所采用的路面激励为对正弦的摄动激励和随机激励。研究结果表明磁流变阻尼应用于车辆半主动控制后具有很好的效果，证实了磁流变阻尼在汽车控制中的可行性及优越性。     

时滞对结构振动半主动控制效果的影响

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，采用最优控制原理设计了控制器，给出在地震激励下结构半主动控制的仿真计算。研究了时滞对结构振动半主动控制效果的影响。数值结果表明：本文设计的半主动控制策略可有效地减小结构的振动响应，时滞对磁流变半主动控制效果随着时滞的增大而变差，但时滞不会导致该反馈控制系统的失稳。     

MR阻尼器的状态跳跃控制参数

对MR阻尼器实施状态跳跃控制可以有效地减少结构的地震响应，状态跳跃控制参数对半主动控制效果有很大的影响。本文对状态跳跃控制的相关参数进行了研究。利用两个数值算例，对采用不同类型的控制参数(位移、速度、加速度)、控制参数的大小、输入地震动的大小等相关因素对结构地震响应的控制效果进行了对比，发现采用速度响应作为状态跳跃控制变量对于减少绝对加速度响应是有利的；建议采用试算法确定合适的速度控制参数，通过和LQG控制相联系的方法给出了该控制参数最优值的估算方法。     

可调磁流变阻尼在汽车悬架的半主动控制中的应用

本文研究了采秀磁流变阻尼的汽车半主动控制悬架在确定性激励和随机激励下的运行效果,分析了可调磁流变阻尼半主动控制的控制规律及响应情况,并与采用传统阻尼的汽车被动悬架和主动悬架进行了对比,证实了磁流变阻尼应用于汽车半主动控制的可行性及优越性。     

基于广义预测控制的结构半主动控制研究

相对于主动控制和被动控制来讲,半主动控制具有一些更好的特色,对结构控制的应用有着较强的吸引力。本文以可调液柱阻尼器(TLCD)作为作动器来实现结构半主动控制,考虑到TLCD具有非线性阻尼特性,为了使结构控制能够顺利实现,本文采用了阶跃控制函数。为了使TLCD能够应用于实际结构,本文研究了基于离散状态方程的广义预测控制方法,并提出了单向控制策略。本文最后给出了计算实例。算例表明这一方法是有效的。     

基于Takagi—Sugeno模型的半主动TLCD对偏心结构的减震控制

采用在结构水平双向设置TLCD半主动控制装置的方法，对偏心结构在多维地震作用下的振动控制问题进行了研究。首先论述了基于Takagi—Sugeno模型的模糊神经网络的基本理论。然后介绍结构-TLCD扭转耦联控制系统微分方程及其状态空间求解方法，最后在建立起半主动控制策略的基础上。利用基于Takagi—Sugeno模型的模糊神经网络，根据控制准则调整TLCD的开孔率，实现对结构的半主动控制。数值结果表明，这种方法能对结构的平动反应和扭转反应都能起到较好的减震效果。     

基于市场机制的TLCD半主动控制方案

基于市场机制控制是利用市场来模拟复杂的控制系统,用销售商和消费者来代替控制器和受控结构,从而将整个控制系统离散化,对结构的振动实施有效的控制。本文将基于市场机制的控制理论应用于TLCD半主动控制,提出了一种新的TLCD的半主动控制方案,即基于市场机制的TL CD半主动控制方案。首先建立TLCD-结构控制体系的运动方程,给出了半主动控制方案,用一个单自由度结构为例来阐述基于市场机制的TLCD半主动控制方案并对控制系统进行分析。然后用一个五层结构来验证这种方法的有效性。结果表明,基于市场机制的半主动TLCD开关控制不仅减振效果好,而且节约能量,简单易行,便于在实际工程中应用。     

颤振的增益调度控制实验研究

本文对机翼外挂系统颤振的半主动抑制实验进行了研究分析,在引入电磁阻尼器对风振控制的同时,根据增益调度控制原理设计并制造了控制系统,在风洞实验中实现了电磁阻尼器对系统的颤振半主动抑制,为颤振抑制的实现又提供了一种实验的方法。     

带有负电容电路的半主动控制系统

对于半主动分支电路压电阻尼技术,目前的研究主要集中在设计某种控制,以便对压电分支电路的电器元件进行转换或改变。负电容在电路中的应用可以增大系统的机电耦合系数,用负电容电路设计半主动压电阻尼系统则是一种较新的思路,目前对这种电路的应用的研究还比较少。在用压电元件对结构进行半主动控制的研究中,本文引入了负电容压电阻尼分支电路。首先结合简支弹性梁结构建立了分支电路压电阻尼系统的模型,设计了含负电容的半主动控制系统;然后,分析了负电容的电路原理,并用H2范数优化控制理论对电阻阻值的选择进行优化计算;最后,对这种半主动系统进行了数值模拟,并与相应的被动压电阻尼系统的控制效果进行了比较,说明了此半主动控制系统控制效果的优越性。     

MR阻尼器的半主动控制研究

MR阻尼器能提供可以调节的阻尼力,适合用作减少结构地震响应的半主动控制器。本文对MR阻尼器的半主动控制进行研究,提出了状态跳跃算法,根据结构响应的大小实现MR阻尼器的状态切换,使结构响应得到有效的控制。这种控制策略简便,不需要在线计算,便于实施。由于速度响应直接影响MR阻尼器的阻尼力,建议用速度响应作为MR阻尼器进行状态切换的变量。文中给出了两个算例,进行了计算分析和比较,说明了状态跳跃控制算法的特点。     

基于分析传函的有源力控FLMS算法研究

针对结构振动和声辐射有源控制中对误差传函现有建模方法的不足 ,本文对该系统的物理通道进行了分析建模 ,形成了基于分析传函模型的 FLMS算法 ,该分析传函模型中充分包含了结构的振动模态信息 ,无论激励力源是单频还是宽频激励力源 ,该模型都可以在实施 FLMS算法之前确定所需参数。随后在该算法的计算机模拟实验中 ,通过与时延估计法的比较 ,表明该方法扩大了步长因子的取值范围 ,扩大了收敛域 ,该模型的建立为有效实施有源控制的自适应算法提供了一条新的途径。     

基于宏观调控策略的结构损伤检测PSO改进算法

结构损伤检测是结构健康监测过程重要的一步,数学上常常转化为求解约束优化问题。针对粒子群优化(PSO)算法易于出现的"早熟问题",采用市场经济条件下的宏观调控策略对早熟前粒子群位置进行干涉,藉以增强PSO算法抵抗局部极小的能力,达到改进PSO算法的目的。四个基准测试函数极值问题分析结果验证了改进后的PSO算法优于带权重因子的PSO算法,两层刚架单损伤和多损伤数值仿真以及三层建筑框架结构四种损伤工况试验研究进一步证明了改进后的PSO算法在结构损伤检测领域的应用是有效可行的。     

复杂机构的控制与结构同步优化设计

本文研究了非线性机构控制与结构同步优化设计问题。提出了一种复杂系统敏度分析的数值求解方法,该方法首先通过滑模控制器将非线性动力学方程化简为一个线性微分方程;然后,利用Newmark积分法,获得系统对设计变量敏度的数值解;最后,以Stewart平台为例,介绍了该方法的应用过程。数值结果说明了方法的有效性。     

考虑声辐射特性的结构优化设计

传统的结构动力优化设计没有考虑声辐射特性,而随着人们对环境舒适度要求的提高,降低声辐射水平成为人们越来越关心的问题。本文首先给出了用有限元方法计算结构动力响应,边界元法计算结构声辐射特性的方程,在此基础上重点建立了结构声辐射优化设计模型,同时用序列二次规划算法进行了优化求解。在JIFEX软件中实现了上述理论和算法,并通过优化设计的数值算例,进一步说明了本文的研究方法能够有效的降低结构声辐射水平。     

结构试验机的神经网络内模自适应跟踪控制系统

针对结构试验系统的非线性和不确定性特性，研究了一种基于神经网络的非线性内模自适应加载控制方法。引入的神经网络内模可跟踪学习对象的时变动力学，控制器的设计较少依赖于对象的先验知识，控制参数的调整是基于被控过程的测量信息，利用导出的神经网络算法来实现的。实验结果证明该系统具有良好的控制效果。     

地震激励下参数不确定结构重叠分散保性能控制

对参数不确定结构振动控制方法进行了研究。基于包含原理,采用重叠分散控制策略与保性能控制算法相结合的方法,将高层建筑结构划分成一组子结构,对每一个子结构采用保性能控制方法设计控制器,提出了参数不确定结构重叠分散保性能控制方法,较好地解决了地震激励下参数不确定建筑结构的振动控制问题。以20层Benchmark结构模型为研究对象,采用重叠分散保性能控制策略和集中保性能控制策略进行数值模拟。结果表明,对于结构系统建模存在误差或系统本身存在不确定性的情况,本文提出的重叠分散保性能控制方法均能有效降低结构的地震响应,且能够保证控制系统的可靠性和稳定性。     

压电桁架作动器/传感器优化配置算法研究

针对自适应压电桁架结构振动控制,建立了作动器/传感器优化配置数学模型,并提出一种优化配置的新方法。为了减少结构分析次数,该方法将近似概念、对偶法和遗传算法相结合,首先采用多点近似技术建立原问题的序列近似问题,再对近似问题中的作动器/传感器位置离散变量和控制增益连续变量采用遗传算法和对偶方法分别寻优的分层优化策略。为了提高近似问题对原问题的逼近程度,本文提出一种适于离散变量结构优化的分段多点近似函数。算例表明本文方法能够以很少的结构分析次数得到最优解。     

非光滑优化的双层规划模型及内点算法

对于包含接触约束的非光滑结构优化问题,其非光滑性体现在状态函数并不是处处可微的,针对含有应力约束及接触约束的非光滑结构优化问题,建立了一种双层规划模型,避免了求解时非光滑性所带来的问题,同时提出了一种迭代算法,用对偶内点二次规划进行分析,线性规划进行优化,算例表明这种方法十分有效。     

Identification of non-linear structural parameters under limited input and output measurements

In this paper, an algorithm is proposed for the identification of non-linear structural parameters under limited input and output measurements. The algorithm is based on the sequential application of extended Kalman estimator for the non-linear structural parameters and the least-squares estimation for the unmeasured excitation. First, the identification of small size non-linear structural parameters is studied. Then, based on the substructure approach, the algorithm is extended to identify large size non-linear structural parameters. Interconnection effect between adjacent substructures is accounted by considering the interconnection forces at substructural interfaces as ‘additional unknown inputs’ to the substructures. The general case that measurements at the substructure interfaces are not available is considered. Two numerical examples which identify non-linear hysteretic parameters of a four-story and an eight-story hysteretic shear-beam building subject to unmeasured excitation respectively, demonstrate the efficiency of the proposed algorithm.