基于磁控形状记忆合金的高耸化工塔振动主动控制研究

摘要

高耸化工塔在工作的过程中会受到风载荷的作用，在风载荷的作用下高耸化工塔经常会产生剧烈的振动，降低了化工塔的使用寿命，对正常的生产活动造成威胁。 新型智能材料形状记忆合金（SMA），因其具有超弹性和形状记忆效应，被广泛地应用到了结构的振动控制中。作为一种新兴的SMA 材料，磁控形状记忆合金（MSMA）具有磁控形状记忆效应，利用该原理可以将MSMA应用于高耸化工塔的振动主动控制。本文首先对MSMA本构模型进行了选取，然后利用 MATLAB 编程对 MSMA 在磁场下的力学特性进行了模拟，为MSMA在高耸化工塔中振动主动控制方面的应用打下了基础。 其次，对MSMA主动控制系统进行了设计，其中包括系统结构的设计，选取该系统所用的装置和材料。对主动控制系统进行了数学建模，设计了主动控制系统的安装方式，并将该系统安装在高耸化工塔上，采用PID控制器进行控制，利用SIMULINK模拟了在高耸化工塔顶端施加正弦集中力、衰减振荡载荷，以及在高耸化工塔上施加脉动风载荷时塔顶的动态响应，结果表明，在PID控制器的控制下，MSMA主动控制系统能有效地抑制高耸化工塔的振动。 最后，设计了模糊控制器和模糊 PID 复合控制器，将其分别安装在MSMA主动控制系统中，通过SIMULINK模拟了安装有MSMA主动控制系统的高耸化工塔在模糊控制和模糊PID复合控制下的振动响应，并与PID控制进行了对比。研究表明，PID控制器，模糊控制器和模糊PID复合控制器对 MSMA 主动控制系统的控制效果不同，模糊 PID 复合控制器的控制效果最好，模糊控制器的控制效果最差。

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