参考模型MCS自适应算法对结构AMD的主动控制

摘要

中国是世界上自然灾害最严重的少数几个国家之一，每年频繁的地震与台风灾害造成大量建筑结构破坏，给人们生命财产带来了巨大损失。结构AMD主动控制技术在突发自然灾害（如地震和台风）发生时，能主动调整结构参数，从而最优地减小结构振动响应，是高层建筑抗风抗震中应用较多但又不太成熟的减振技术。控制算法作为该技术的核心组成部分，决定着振动控制的稳定性和减振效果的好坏。由于土木工程结构参数的不确定性，外部荷载的随机性，使得控制算法的选取极具挑战。因此，研究既能不依赖于复杂结构参数又能应对外部随机荷载的自适应控制算法具有很高的理论意义和现实应用价值。
　　 基于参考模型自适应控制算法(Model Reference Adaptive Control)的最小控制综合算法(Minimal Control Synthesis)最早由英国Bristol大学的D.P.Stoten教授提出。跟经典控制算法相比，MCS自适应算法不需要预先知道受控结构的模型参数信息，也不需要提前计算控制增益，对系统参数实时变化、外部干扰不确定、系统内部动力耦合及非线性动力系统具有其特有的优势。
　　 本论文系统地研究了参考模型自适应控制算法在结构AMD主动控制系统中的应用，主要研究内容包括以下几方面:
　　 1.研究MCS算法的控制原理，并将其应用到结构AMD主动控制装置中，通过拉格朗日法建立系统在地震作用下的动力模型，列出运动微分方程。
　　 2.建立降低地震能量的参考模型，在MATLAB/SIMULINK中完成采用MCS算法的结构AMD控制的线性仿真分析。在此基础上，建立理想不退化恢复力模型，研究MCS算法对结构发生刚度退化进入非线性状态时的仿真控制效果。
　　 3.在Shake TableⅡ小型振动台上应用MCS自适应算法，完成了AMD主动控制系统在结构处于线性状态下的减振控制试验。
　　 4.为了探究MCS算法对结构处于非线性状态的控制效果，对试验结构发生刚度突变情况进行了AMD减振控制试验，并将结果与采用传统极点配置控制算法进行了比较。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 结构振动控制概述

1．2．1 结构振动控制发展概况

1．2．2 结构振动控制分类

1．3 结构振动的AMD主动控制系统

1．3．1 AMD主动控制系统简介

1．3．2 AMD主动控制系统的工程应用

1．3 结构AMD主动控制算法研究现状

1．4 结构AMD主动控制试验研究现状

1．5 本文的主要研究内容

第2章 结构AMD主动控制的MCS算法

2．1 引言

2．2 MCS算法简介

2．3 结构AMD主动控制的MCS算法原理

2．4 结构AMD主动控制的MCS算法公式推导

2．5 结构AMD主动控制的MCS算法鲁棒性分析

2．6 本章小结

第3章 基于MCS算法的结构AMD控制仿真

3．1 引言

3．2 建立参考模型

3．3 线性结构仿真分析

3．4 非线性结构仿真分析

3．4．1 非线性恢复力模型的建立

3．4．2 仿真分析

3．4．3 结果分析比较

3．5 本章小结

第4章 基于MCS算法的结构AMD控制试验

4．1 引言

4．2 试验概况

4．2．1 AMD装置控制的一层结构模型

4．2．2 Shake Table Ⅱ试验系统

4．2．3 数据采集量测系统

4．2．4 Shake Table Ⅱ振动台再现地震波

4．3 线性结构的AMD控制振动台试验

4．3．1 无控结构的参数识别

4．3．2 AMD控制结构振动台试验

4．4 刚度突变结构的AMD控制振动台试验

4．4．1 刚度突变时无控结构的参数识别

4．4．2 状态反馈的极点配置控制器设计

4．4．3 试验结果分析

4．5 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表和完成的论文

致谢