非线性不确定性结构自适应模糊分散控制理论与试验研究

摘要

近年来世界范围内大地震和特大地震频繁发生,给人类造成了严重的灾难。其中土木工程结构的地震破坏和倒塌是造成地震人员伤亡和经济损失的主要因素。因此,研究减轻土木工程结构地震响应、提高结构抗震能力的理论和方法具有重要的意义。大量的研究表明,结构振动控制是提高结构抗震性能的积极有效措施。国内外学者对结构线性地震反应的振动控制理论、方法、技术和控制系统进行了大量的研究,但对结构非线性振动控制的研究较少。震害表明,在大地震和特大地震作用下,即使安装了振动控制系统的结构也不可避免地进入非线性反应阶段,因此,发展结构非线性地震反应振动控制理论和方法对提高结构抗震性能具有重要的意义。
　　考虑大型土木工程结构具有结构复杂、自由度数目多、强滞变非线性、多相介质耦合的强非线性和强不确定性等特点,本文重点研究土木工程结构非线性分散振动控制算法,揭示受控结构累积损伤发展规律、能量分配规律和控制机理。主要研究内容如下:
　　首先,针对非线性结构中的关键部位或薄弱部位,提出自适应模糊分散控制算法,采用模糊逻辑系统处理控制子结构的非线性以及子系统间的连接,增加补偿控制器控制模糊逼近误差和结构的外干扰,通过Lyapunov稳定性理论设计自适应模糊分散控制算法的自适应律以及补偿控制器,证明提出的非线性分散控制策略的H-infinity性能以及整体结构的输入状态稳定性,并通过仿真分析验证结构非线性分散控制算法的有效性和鲁棒性。
　　其次,进行两层钢筋混凝土框架结构地震反应的自适应模糊分散半主动控制的振动台试验,验证自适应模糊分散半主动控制减小滞变非线性结构地震反应的效果及其鲁棒性,研究控制结构的累积损伤发展过程与规律,揭示控制结构的能量分布/分配特点与减震机理。
　　第三,进行土-结构耦合系统非线性地震反应的自适应模糊分散半主动控制的地震模拟振动台试验,验证自适应模糊分散控制算法对强非线性和强不确定结构系统的振动控制效果和鲁棒性,研究土-结构耦合系统的累积损伤发展规律和能量分布/分配规律,揭示土-结构耦合系统非线性振动控制的机理和特点。
　　最后,基于OpenSees软件开发结构非线性振动的自适应模糊分散控制程序,并通过与试验结果对比验证开发程序的正确性,进一步采用该程序研究结构和土-结构耦合系统地震非线性反应的控制特点。

目录

非线性不确定性结构自适应模糊分散控制理论与试验研究

DECENTRALIZED ADAPTIVE UZZY CONTROL THEORY AND XPERIMENTS FOR NONLINEAR NCERTAIN STRUCTURES

摘 要

Abstract

目 录

Contents

绪 论

课题背景和意义

结构振动控制的研究现状

能量在地震工程的应用

课题来源及主要研究内容

第2章 结构非线性振动的自适应模糊分散控制算法及其鲁棒性与稳定性研究

引言

模糊逻辑系统

自适应模糊控制

自适应模糊分散控制算法

本章小结

第3章 结构非线性振动自适应模糊分散半主动控制的振动台试验

引言

磁流变液阻尼器的动力学模型

磁流变阻尼半主动控制算法

试验模型及控制系统设计及集成

自适应模糊分散控制效果及鲁棒性

结构非线性累积损伤发展规律分析

结构与控制系统能量分布规律

本章小结

第4章 土-结构耦合系统非线性振动自适应模糊分散半主动控制的振动台试验研究

引言

土-结构耦合系统振动台试验

土-结构耦合系统的动力特性

自适应模糊分散控制效果及鲁棒性

土-结构耦合系统的非线性累积损伤发展规律分析

土-结构耦合系统与控制系统能量分布规律

本章小结

第5章 基于OpenSees软件的结构非线性振动控制能量传递机理

引言

基于OpenSees的结构振动控制软件开发

基于OpenSees的结构振动控制分析

不同结构体系的地震损伤和能量分布规律

本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历