结构振动控制的参考模型自适应控制算法研究

摘要

结构振动控制技术可以有效减轻结构在地震、强风、车辆、海浪等动力作用下的响应，有效提高结构的抗振和防灾能力，是减轻结构动力响应的一种积极有效的新途径。在结构的主动、半主动、智能控制的探索中，一个关键研究内容就是结构振动控制算法。
　　 英国Bristol大学的D.P.Stoten教授提出并发展了最小控制合成(Minimal Control Synthesis，简称“MCS”)自适应控制算法，该算法不需要事先知道受控结构精确的力学模型和参数，克服了经典控制理论仅适用于受控结构参数慢时变的限制，具有很好的鲁棒性能和控制效果，因此在机械、航空和机器人的智能控制上得到了广泛应用。我们会想，如果把MCS自适应控制算法应用于结构振动控制领域是不是合适呢?瞿伟廉教授与D.P.Stoten教授合作，首次将该算法引入到结构振动控制中。本论文在他们研究的基础上，系统地探讨了结构振动控制的参考模型MCS自适应控制算法，主要完成了以下工作：
　　 1.提出了地震能量降低和线性二次型经典最优控制两种参考模型，应用MCS自适应控制算法紧逼参考模型响应，从而达到理想的控制效果。研究了参考模型MCS自适应控制算法的稳定性。
　　 2.分析了参考模型MCS自适应控制算法在结构进入刚度退化非线性状态下的实时控制性能，比较了自适应控制算法和线性二次型最优控制算法在结构进入非线性状态下的控制效果，显示了自适应控制算法的优势。
　　 3.研究了MCS自适应控制算法在结构主动质量阻尼(AMD)控制系统中的应用，完成了控制参数分析和系统仿真分析。
　　 4.研究了MCS自适应控制算法在结构磁流变液阻尼控制系统中的应用，并且以武汉天兴洲大桥为工程背景，完成了大桥主梁纵向振动自适应控制的仿真分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2结构振动控制分类

1.2.1被动控制

1.2.2主动控制

1.2.3混合控制

1.2.4半主动控制

1.2.5智能控制

1.3结构振动控制算法研究现状

1.3.1经典控制算法

1.3.2智能控制算法

1.3.3自适应控制算法

1.4本论文的内容提要

第2章结构振动控制的参考模型MCS控制算法

2.1引言

2.2 MCS模型参考自适应控制算法

2.3参考模型的建立

2.3.1降低地震能量参考模型

2.3.2线性二次型最优控制参考模型

2.4仿真分析

2.4.1线性结构仿真分析

2.4.2非线性结构仿真分析

2.5 MCS控制算法的鲁棒性分析

2.6本章小结

第3章MCS算法在AMD控制系统中的应用

3.1.引言

3.2结构振动AMD控制模型

3.3结构振动AMD装置的基本形式

3.4 MCS控制算法应用于AMD控制系统

3.6本章小结

第4章武汉天兴洲大桥主梁纵向振动的磁流变MCS自适应控制

4.1天兴洲大桥的工程概况

4.2天兴洲大桥的纵向振动响应特点

4.3磁流变阻尼器的基本原理和动力模型

4.4磁流变自适应半主动控制算法

4.4.1 MCS自适应控制算法

4.4.2磁流变半主动控制策略

4.6仿真分析

4.7本章小结

第5章结论与展望

5.1.结论

5.2展望

参考文献

致 谢

攻读学位期间发表的论文