风荷载作用下输电塔结构MATLAB、ANSYS联合主动控制数值模拟研究

摘要

随着经济的不断发展，工业建设和社会发展对电力网络的需求和依赖性也是越来越强。输电塔架作为电力输送中的重要组成部分，保证其安全稳定工作具有非常重要的现实意义。输电塔架是用角钢和圆钢管等搭建起来的格构式结构，属于高耸结构的一种类型。在风荷载作用下，非常容易发生破坏甚至倒塌事故，因此有必要对风荷载作用下的输电塔架结构采取必要措施进行有效控制。本文采用线性二次型最优控制LQR(Linear Quadratic Regulator)主动控制算法，对MATLAB和ANSYS有限元分析软件进行二次开发，完成输电塔架结构主动控制数值模拟，本文的主要研究工作有以下几个方面： 1．分析了风荷载的基本特性，包括平均风的特性和脉动风的特性。并介绍了风荷载模拟的方法—谐波叠加法和线性滤波法及其计算中的要点。 2．基于对风荷载特性和模拟风荷载方法的分析，采用 MATLAB软件编程，应用线性滤波法模拟了输电塔架不同高度处的风荷载时程；根据有限元分析理论和有限元建模方法，利用有限元软件ANSYS15.0建立了自立式输电塔架结构有限元模型。 3．基于现代状态空间模型理论建立了输电塔结构的振动控制状态方程，分析了采用MATLAB编程实现LQR最优控制算法的过程，在此基础上提出针对高耸复杂结构采用ANSYS和MATLAB联合实现主动控制的方法。 4．通过应用APDL和MATLAB语言对ANSYS和MATLAB软件进行二次开发，并联合使用两种软件计算对风荷载作用下的输电塔架结构主动控制数值模拟分析。 通过本文分析可以看出：使用ANSYS和MATLAB软件并行计算，对输电塔结构进行主动控制，可以实现较好的控制效果，有效地控制了输电塔结构在风荷载作用下的位移响应变化和速度响应变化，达到了主动控制的目的。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究意义

1.3 研究现状

1.4 本文主要研究工作

2 风荷载的特性及风荷载模拟方法

2.1引言

2.2 风荷载的基本特性

2.3 风荷载数值模拟方法

2.4 本章小结

3 建立输电塔有限元模型及风荷载模拟

3.1 前言

3.2 有限单元法及ANSYS软件

3.3 建立输电塔有限元模型

3.4 输电塔结构的风荷载模拟

3.5 本章小结

4 基于ANSYS软件的输电塔主动控制模拟

4.1 前言

4.2 现代控制理论

4 .3主动控制系统及MATLAB控制过程实现

4.4 基于ANSYS软件的实时跟踪状态主动控制

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 本文的主要工作与结论

5.2 研究展望

致谢

参考文献