建筑结构分散抗震主动控制研究

摘要

近些年，我国地震灾害频频发生，对人们的生命财产造成了严重损失，此外，伴随着建筑技术的不断发展，建筑的层数和结构复杂度也在不断增加，传统采用高强度建筑材料来抵抗地震的做法已经无法满足要求，而且增加了工程造价的成本。因此学者们考虑将各种控制算法应用于建筑结构抗震控制中并取得了较为理想的效果。传统的集中控制策略中采用单个控制器控制整个系统的方式本身存在严重缺陷：信息处理效率低，中央控制器出现故障，将导致整个系统瘫痪。为了克服这些问题，学者们提出了分散控制策略，并将各种主动控制算法与其结合。本文针对高层建筑结构抗震控制问题，对分散控制作了理论推导和仿真分析。主要研究内容如下：　　（1）针对结构抗震控制中的Benchmark问题，详细的介绍了其发展历程和评价指标。并针对3层和20层建筑结构的计算模型参数做了详细介绍。　　（2）介绍了结构振动主动控制算法，主要针对线性二次型经典最优控制算法（LQR）和滑移模态控制算法（SMC）进行了理论分析，最后通过MATLAB/Simulink进行了实例仿真计算，通过最终仿真结果看出，这两种控制算法对结构的地震反应有很好的控制作用。　　（3）针对集中控制方法容易出现的问题，引入分散控制方法，将一个复杂大系统分解成若干个子系统，分别将线性二次型经典最优控制算法（LQR）和滑移模态控制算法（SMC）应用其中，研究了其对建筑结构振动的控制效果，通过MATLAB/Simulink仿真，证明了其具有很好的控制效果。　　（4）详细介绍了传统滑移模态控制算法产生抖振的原因和当前常用的解决方法。利用双曲正切函数对传统趋近律进行改进，提出了一种基于双曲正切函数的无抖振分散滑移模态控制算法，并以20层Benchmark模型为研究对象，进行了算例仿真分析，结果表明了该方法的有效性。

目录

声明

1.绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外发展现状

1.3研究内容及意义

2.结构振动的Benchmark模型问题

2.1引言

2.2 3层框架结构模型

2.3 20层框架结构模型

2.4本章小结

3.结构振动主动控制算法研究

3.1引言

3.2线性二次型经典最优控制算法

3.3滑移模态控制算法

3.4算例仿真分析

3.5本章小结

4.结构振动分散控制研究

4.1引言

4.2分散控制基本理论

4.3分散控制算法研究

4.4算例仿真分析

4.5本章小结

5.分散滑模控制算法优化研究

5.1引言

5.2滑模控制算法的抖振问题

5.3算例仿真分析

5.4本章小结

6.总结与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文情况

附录2 实例仿真参数计算结果