设置磁流变阻尼器的房屋建筑结构的抗震分析与优化

摘要

近年来，半主动控制得到了很大的发展，它是一种介于主动控制和被动控制之间的控制方式。这种控制方式结合了主动控制系统和被动控制系统的优点，既具有被动控制系统的可靠性，又具有主动控制系统的强适应性，通过一定的控制算法可以达到主动控制系统的控制效果，而且构造简单，所需能量少，因此半主动控制是目前最具有发展前途的控制方式。半主动控制装置有很多种，其中磁流变阻尼器是现今研究的热点。 本文对采用磁流变阻尼器的半主动控制进行了系统地研究，主要从以下几方面进行： (1)本文回顾了结构控制的研究进展及现状，对半主动控制的应用前景进行了综合的评价。 (2)对结构振动控制的状态方程在两种不同的坐标下的形式进行了详细的分析，介绍了本文半主动控制算法所基于的主动最优控制算法-LQR最优控制算法，并介绍了半主动控制的原理。 (3)在对磁流变阻尼器的数学模型系统地总结分析的基础上，本文对控制算法进行了研究，充分利用磁流变阻尼器连续可调的特性，建立了修正的clipped-optimal优化算法。为了验证所建立的控制算法的有效性，本文作者编制了相关的Matlab程序，将磁流变阻尼器分别作为被动控制装置和半主动控制装置，对一个三层结构进行了仿真分析，对比分析的结果显示了半主动控制的优越性。 (4)本文还对建筑基础隔震系统进行了研究。研究表明被动的基础隔震系统不能保证在任何地震作用下都是有效的。本文提出了半主动控制系统与被动的基础隔离系统相结合的智能基础隔离系统，编制了相应的Matlab程序，其中的半主动控制系统仍采用修正的clipped-optimal优化算法。利用这一程序本文对一个八层结构进行了仿真分析，结果表明本文所提出的智能基础隔离控制系统比原来的被动基础隔离控制系统具有更好的控制性能。 (5)本文对控制装置的优化布置进行了研究，建立了基于二次型性能指标的控制装置最优布置方法。通过方法中所得到的性能指标增量确定控制系统所需的控制装置的数量及其最优布置方式。并将此优化方法得到的布置方式和其它不同的布置方式进行了比较分析，验证了本文优化方法的可行性和有效性。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1背景和意义

1.2结构控制的发展

1.2.1结构控制的方法

1.2.2各种控制方法的优缺点比较

1.3磁流变液及磁流变阻尼器

1.3.1磁流变液

1.3.2磁流变阻尼器

1.4半主动控制系统的研究

1.5结构半主动控制技术的展望

1.6本文的理论分析与研究内容

第2章结构振动控制的状态方程与主动最优控制算法

2.1引言

2.2系统运动方程与状态方程

2.2.1参考坐标

2.2.2二层剪切型结构模型

2.2.3相对位移坐标下的系统的运动方程

2.2.4层间位移坐标下的系统的运动方程

2.2.5状态方程的系数矩阵内涵分析

2.2.6多自由体系运动方程的矩阵表达

2.3线性最优控制与权矩阵的选取

2.3.1线性二次型（Linear Quadratic Regulator）最优控制

2.3.2权矩阵的选取

2.3.3开闭环控制

2.4小结

第3章磁流变阻尼器对结构的半主动控制

3.1引言

3.2磁流变阻尼器的工作原理

3.3磁流变阻尼器的力学模型和控制算法

3.3.1磁流变阻尼器的力学模型

3.3.2磁流变阻尼器减振的半主动控制算法

3.4结构分析模型

3.5恢复力模型

3.5.1双线型刚度不退化的恢复力模型

3.5.2三线型刚度退化的恢复力模型

3.6结果评估指标

3.7用磁流变阻尼器减振的结构非线性分析程序

3.8仿真参数与算例分析

3.8.1仿真参数

3.8.2分析结果

3.9小结

第4章磁流变阻尼器对隔震结构的半主动控制

4.1引言

4.2结构隔震研究的现状

4.3近场地面运动

4.4基础隔震结构控制的状态方程

4.5基础隔震系统控制效果的评估标准

4.6分析程序

4.7算例分析

4.7.1仿真参数

4.7.2分析结果

4.8小结

第5章磁流变阻尼器在受控结构中的优化布置

5.1引言

5.2优化布置的方法

5.2.1撤除控制器时系统控制性能指标增量

5.2.2控制器最优布置方法

5.2.3方法的验证

5.2.4数值分析

5.3小结

结论

参考文献

致谢

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