利用磁流变阻尼器的斜拉索振动的半主动控制研究

摘要

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一，由于其大柔度、小质量和小阻尼等特点，极易发生振动，准确分析斜拉索的静、动力特性并进行振动控制是斜拉桥设计的重要工作之一。
　　本文的研究涉及了以下一些方面的内容：
　　1.设计了斜拉索阻尼器系统的结构模型，在模型的基础上推导得出了 MR阻尼器-斜拉索系统的运动方程。并在Ansys系统下进行了系统的模态分，得出了斜拉索模型前面五阶的振动频率，同时通过瞬态分析确定了斜拉索阻尼器系统的质量矩阵、刚度矩阵以及前五阶的模态向量。
　　2.推导得出了基于粘弹性阻尼器模型、LQG控制力计算方法、LQR控制力计算方法等几种方法下的斜拉索的半主动控制力形式，同时结合斜拉索-阻尼器系统进行了仿真分析，通过对位移时程曲线的衰减情况的比较，得出不同控制力情况下观测点处位移幅值的衰减情况，在此情况下，确定了相对较优的控制力的计算形式，即LQR控制力计算方法。
　　3.基于粘弹性阻尼器模型、LQG控制力计算方法、LQR控制力计算方法计算得出了半主动控制力，模拟了一组随机风荷载激励，在此条件下，验证了斜拉索在不同的控制力情况下，控制力的作用点位置对控制效果的影响情况，通过对结果的比较，最终确定了合理的控制点位置选取方法。
　　4.在Matlab环境下创建了MR阻尼器-斜拉索系统的状态空间方程，并结合前面计算得出的结论，在Simulink环境下设计了斜拉索的反馈控制回路。同时基于LQR反馈控制力，结合磁流变阻尼器的实际控制力输出情况，提出了符合实际工程情况的半主动控制力形式，借助于仿真分析手段，通过S-function函数编辑平台，将得到的半主动控制力结合到模型当中，验证了该方法对于斜拉索振动的控制效果。
　　最后给出了本文的主要结论，并对本课题将要进行的工作作出了进一步的展望。

目录

SEMI-ACTIVE CONTROL RESEARCH FOR THE VIBRATION OF STAY-CABLE BY MR DAMPER

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 引 言

1.2 斜拉索的振动机理

1.2.1 涡激振动

1.2.2 尾流驰振

1.2.3 抖振

1.2.4 空气动力失稳

1.2.5 风雨振动

1.2.6 斜拉索参数振动

1.3 斜拉桥拉索的振动控制

1.3.1 空气动力学措施

1.3.2 机械减振措施

1.3.3 斜拉索智能阻尼减振技术

1.4 本文研究的内容和创新点

第2章 MR阻尼器-斜拉索系统的运动方程及半主动控制算法

2.1 概述

2.2 MR阻尼器-斜拉索系统运动方程的推导

2.3 控制率设计的最优控制法

2.4 控制算法分析

2.5 本章小结

第3章 Ansys系统下的数值模拟

3.1 概述

3.2 斜拉索试验模型的建立

3.3 斜拉索的瞬态分析及LQG控制效果对比

3.4 本章小结

第4章 斜拉索-阻尼器系统的仿真模型建立

4.1 概述

4.2 状态空间函数的推导计算

4.3 Simulink环境下的控制回路创建

4.4 S-function的介绍及函数编辑方法

4.5 本章小结

第5章 斜拉索-阻尼器系统的振动控制仿真

5.1 概述

5.2 磁流变阻尼器控制点的控制效果比较

5.3基于LQG方法的控制效果模拟

5.4 结合磁流变阻尼器的半主动控制力计算

5.5 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致 谢