建筑結(jié)構(gòu)振動的遞階分散控制研究.pdf

1、隨著設(shè)計理論不斷完善、先進分析技術(shù)應(yīng)用以及建筑材料強度的提高和施工技術(shù)的進步，出現(xiàn)了許多大跨度的橋梁和超大型建筑。這些建筑物都是關(guān)系國計民生和國家經(jīng)濟命脈的重要建筑，其來自自然災(zāi)害和人為事故而造成的破壞，會產(chǎn)生重大經(jīng)濟損失與社會影響。由于建筑尺寸的增大，結(jié)構(gòu)某些性能也隨之發(fā)生改變，諸如結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼會顯著降低，結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)變得很大，致使結(jié)構(gòu)抗震和抗風性能惡化，結(jié)構(gòu)安全性與可靠性降低。因此，通過結(jié)構(gòu)控制方法來提高建筑結(jié)構(gòu)的功能和安全性

2、，來有效地抵抗外界荷載，不但是可行，甚至是必要的。由于大尺度建筑結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是高維的控制系統(tǒng)，使得結(jié)構(gòu)的控制變得更加復(fù)雜，而分散控制非常適合解決此類建筑結(jié)構(gòu)的控制問題。
　　本文主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，本文將遞階分散控制方法和結(jié)構(gòu)攝動分散控制方法引入到建筑結(jié)構(gòu)的振動控制。采用這兩種分散控制方法，以20層和9層的 Benchmark連體結(jié)構(gòu)為應(yīng)用對象進行結(jié)構(gòu)振動控制研究，驗證分散控制方法對建筑結(jié)構(gòu)控制的有效性。
　

3、　其次，針對建筑結(jié)構(gòu)的遞階分散控制特點，提出一種對控制參數(shù)和作動器位置進行優(yōu)化的設(shè)計方法。利用遺傳優(yōu)化算法，實現(xiàn)閉環(huán)系統(tǒng)較小的控制輸入，同時獲得最優(yōu)控制參數(shù)和作動器位置，并滿足閉環(huán)系統(tǒng)期望的控制性能指標。
　　第三，將魯棒控制理論用于不確定建筑結(jié)構(gòu)的振動控制中，研究基于線性矩陣不等式的遞階分散控制問題，給出遞階分散魯棒∞H控制和完全分散魯棒H控制兩種設(shè)計方法，分析驗證這兩種方法能有效地應(yīng)用于不確定性建筑結(jié)構(gòu)振動控制。
　　第

4、四，基于 Lyapunov穩(wěn)定性理論，分別研究標稱建筑結(jié)構(gòu)和不確定建筑結(jié)構(gòu)的容錯控制問題。當控制系統(tǒng)的傳感器和作動器共同發(fā)生故障時，通過引入開關(guān)矩陣，提出遞階分散容錯控制器的設(shè)計方法。研究表明這種容錯控制方法能保證閉環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部漸近穩(wěn)定和魯棒性能，同時具有很好的振動控制效果。
　　第五，研究建筑結(jié)構(gòu)在遞階分散控制下的損傷識別方法，并給出基于遞階分散控制的頻率平方靈敏度損傷識別方法。研究表明遞階分散反饋控制能夠提高結(jié)構(gòu)的頻率對損傷的靈

5、敏度，通過結(jié)構(gòu)損傷前后的頻率平方來確定結(jié)構(gòu)的損傷，獲得較為可靠和準確的損傷識別結(jié)果。
　　最后，基于 Matlab/xPC實時控制方法進行遞階分散控制試驗研究，利用壓電材料搭建了懸臂梁振動控制的實驗平臺。對遞階分散魯棒控制和遞階分散容錯控制方法進行試驗研究，設(shè)計初始擾動和持續(xù)激勵作用兩種試驗工況，并進行振動控制效果分析比較。試驗結(jié)果驗證遞階分散魯棒控制對于參數(shù)不確定性結(jié)構(gòu)以及遞階分散容錯控制對傳感器和作動器共同失效情況下的結(jié)構(gòu)振動