基于磁流变阻尼器的架空输电导线风振控制模型研究

摘要

架空输电线路上设置控制装置与结构共同抵御风荷载等动力荷载的结构振动控制技术是结构抗风对策的一种有效方法,结构振动控制的研究包括作动器和控制策略两个部分。虽然结构振动控制技术已经在实际工程中广泛应用,然而,关于作动器和结构振动控制策略的研究仍然存在许多问题。被控结构系统的非线性、时变、时滞、强耦合、分布参数和不确定性等复杂因素的影响,给结构振动控制的研究带来了很大的困难。基于智能材料的主动、半主动及智能控制技术为结构振动控制技术的理论发展和工程应用开辟了新的途径。MR阻尼器是近年发展起来的一种很好的半主动控制装置,它具有体积小、能耗少、结构简单、响应快并且阻尼力大,受外界环境影响小的优点,被认为是最有前途的新型阻尼器。
　　本文应用数值仿真方法,通过Matlab及Simulink软件对架空输电导线风振控制问题进行了研究,主要研究工作如下:
　　(1)根据悬链线的基本理论建立了架空导线的悬索模型,推导了架空输电导线离散索杆模型的刚度矩阵、质量矩阵、阻尼矩阵,建立了架空导线振动方程。
　　(2)对架空输电导线的顺风向风荷载进行了模拟,根据风荷载加载点的位置假设:输电导线上风速时程处处均与悬挂点处风速时程相同,忽略导线各点的高度差异对风时程的影响,选择Kaimal谱,应用Shinozuka理论,引入快速傅立叶变换技术的仿真方法,在保证精度的基础上,大大提高了运算效率。通过比较自功率谱,模拟值与目标值吻合得很好,从而验证了风场模拟的准确性与有效性。
　　(3)选用人工模拟时程分析法对架空输电导线风振动力响应进行了分析,结果表明:风振响应比较显著,需要对风荷载所激起的振动进行控制。
　　(4)介绍了磁流变阻尼器构造、性能和特点,给出了它的力学模型,并对磁流变阻尼器应用于架空输电线路风振控制的可行性进行了分析,结果表明:磁流变阻尼器可以应用于高压输电线路的风振控制。
　　(5)建立了架空输电导线的受控运动方程,将模糊控制策略应用于MR阻尼器的控制。利用Matlab及Simulink软件包建立了基于MR阻尼器的架空输电导线风振控制模型。结果表明:控制效果显著,模糊控制是一种比较好的控制方法。

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引 言

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 架空输电线路风振的研究现状

1.3 结构风振控制的概念与原理

1.4 智能控制策略及其应用

1.5 磁流变阻尼器介绍

1.6 本文研究的主要目的及内容

2 架空输电导线振动分析模型

2.1 架空输电导线悬索模型

2.2 架空输电导线离散模型

2.3 悬链线悬索理论

2.4 架空输电导线单元矩阵的推导及计算

2.5 架空导线振动方程的建立

2.6 本章小结

3 架空输电导线风荷载模拟

3.1 顺风向脉动风荷载的模拟

3.2 架空输电导线模拟风荷载的计算实例

3.3 小结

4、架空输电导线风振响应分析方法[29]

4.1 架空输电导线风振响应时程分析

4.2 实例分析

.4.3 本章小结

5 基于 MR 阻尼器的架空导线风振控制分析

5.1 引言

5.2 架空输电导线风振控制装置的选择

5.3 磁流变阻尼器的力学模型

5.4 磁流变阻尼器应用于架空输电导线风振控制的可行性分析

5.5 建立架空输电导线受控运动方程

5.6 本章小结

6 基于MR阻尼器架空导线风振控制的SIMULINK仿真分析

6.1 SIMULINK 仿真环境介绍

6.2 动力模型有效性分析

6.3 MR 阻尼器仿真模型的建立

6.4 模糊半主动控制策略的提出及实现

6.5 基于磁流变阻尼器的模糊控制 SIMULINK 仿真建模

6.6 实例分析

6.7 本章小结

7 总结和展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

后 记

附录 1：攻读硕士学位期间发表的部分学术论著