磁流变阻尼控制结构的设计方法研究

摘要

本文在总结磁流变液、磁流变阻尼器和半主动控制策略的研究和应用现状的基础上,对考虑阻尼器和结构相互作用的半主动控制算法、半主动最优控制力的求取、磁流变阻尼控制结构基于位移控制的性态设计方法方面进行了一定的研究.最后对最大控制力需求谱进行了初步的研究.在对主动最优控制力研究的基础上,针对磁流变阻尼器出力的特殊性,对半主动最优控制力的确定进行了研究.定常反馈主动控制的实质就是调整结构体系的刚度和阻尼以抑制结构的反应,本文对两部分的控制效果进行了对比分析,指出因磁流变阻尼器只能提供阻尼力,如果忽略反馈控制矩阵中调整结构体系刚度的部分,有时更能充分发挥阻尼器的性能,取得更好的控制效果.本文同时给出了基于层间位移控制的权矩阵的确定方法.

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第一章绪论

1.1结构振动控制概述

1.2磁流变液及磁流变阻尼器的研究进展

1.2.1磁流变液的研究

1.2.2磁流变阻尼器的工作原理和分类

1.2.3磁流变阻尼器的阻尼力模型

1.2.4磁流变阻尼器的设计

1.2.5安装磁流变阻尼器的土木工程结构的研究与实例

1.3本文研究背景和意义

1.4本文研究内容

第二章考虑相互作用的半主动控制算法

2.1前言

2.2阻尼器和结构的相互作用及相应的半主动控制算法

2.3算例分析

2.4本章小结

第三章半主动最优控制力分析

3.1系统的运动方程和状态方程

3.1.1基于相对位移的运动方程和状态方程

3.1.2基于层间位移的运动方程和状态方程

3.2线性二次型(LQR)经典最优控制

3.3权矩阵的影响与选择

3.4反馈增益矩阵的影响分析

3.5本章小结

第四章基于位移控制的性态设计方法

4.1前言

4.2传感系统

4.2.1传感系统的基本知识

4.2.2传感系统在结构中的布置

4.3磁流变阻尼器在结构中的优化布置

4.3.1全局最优布置

4.3.2基于位移控制的次优布置

4.4磁流变阻尼控制结构的性态设计方法

4.4.1性态设计方法简介

4.4.2性态目标的确定

4.4.3性态设计方法流程

4.5设计实例

4.6本章小结

第五章最大控制力需求谱

5.1前言

5.2单自由度体系的LQR经典最优控制

5.3主动控制效果的选择

5.4最大控制力需求谱的建立

5.4.1地震波的选取与处理

5.4.2影响曲线的生成(假设阻尼比为5％)

5.4.3阻尼比影响系数

5.4.4地震加速度峰值的影响

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1本文工作总结

6.2展望与有待解决的问题

参考文献

攻读学位期间发表论文

致谢