大型磁流變液阻尼器的研究及其工程應(yīng)用.pdf

1、自從1972年美裔華人J，T，P.Yao提出了基于古典和現(xiàn)代控制理論的土木工程振動(dòng)控制概念以來，許多科學(xué)家和工程師在結(jié)構(gòu)控制的方式和設(shè)計(jì)計(jì)算方法上，進(jìn)行了大量的研究，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的研究從理論、實(shí)踐到應(yīng)用等方面都取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。智能控制的發(fā)展為土木工程的振動(dòng)控制開辟了新的天地。結(jié)構(gòu)智能控制系統(tǒng)以智能材料和器件的應(yīng)用為突出標(biāo)志。采用智能驅(qū)動(dòng)材料可以制作電、磁或溫度等調(diào)節(jié)的主動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)裝置和變阻尼裝置，且出力大、能耗小、反應(yīng)迅速，將成為

2、結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的發(fā)展未來。磁流變液阻尼器是一種優(yōu)秀的半主動(dòng)控制裝置。磁流變液阻尼器以其機(jī)械簡(jiǎn)易性、可調(diào)范圍寬、低能耗、出力大以及穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。 磁流變液阻尼器在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用，由于土木工程結(jié)構(gòu)體型巨大，因此研制出適用于土木工程結(jié)構(gòu)控制需要的高性能大型磁流變液阻尼器，就成為了該裝置應(yīng)用于實(shí)際工程的前提和關(guān)鍵。 本文重點(diǎn)圍繞大型磁流變液阻尼器進(jìn)行研究。首先，回顧和總結(jié)了近年來國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)于智能控制

3、和磁流變液阻尼器的研究以及應(yīng)用狀況，闡述了本文研究的目的，并提出了研究的內(nèi)容和價(jià)值。 其次，研究了大型磁流變液阻尼器設(shè)計(jì)和制作的關(guān)鍵技術(shù)，在獲取了高性能磁流變液之后，建立了阻尼器設(shè)計(jì)與制作的關(guān)鍵技術(shù)，主要技術(shù)有：新型畜能器設(shè)計(jì)與制作技術(shù)、磁場(chǎng)防漏技術(shù)、引線保護(hù)技術(shù)、磁流變阻尼器抗沉降技術(shù)、磁流變阻尼器磁滯調(diào)整技術(shù)、磁流變阻尼器的控制器恒流技術(shù)。以滿足土木工程結(jié)構(gòu)實(shí)際應(yīng)用的要求。 第三，在對(duì)大型磁流變液阻尼器的關(guān)鍵技術(shù)研究

4、的基礎(chǔ)上，對(duì)其性能、磁場(chǎng)對(duì)外部環(huán)境的干擾進(jìn)行了試驗(yàn)研究，本文提出以修正的Bingham模型為依據(jù)，對(duì)其動(dòng)力模型進(jìn)行了參數(shù)識(shí)別。結(jié)果表明隨著電流的變化，阻尼力逐漸增大，且耗能性能良好；阻尼器的最大阻尼力的試驗(yàn)結(jié)果與理論結(jié)果相差較??；對(duì)外部環(huán)境的影響幾乎沒有；該參數(shù)識(shí)別方法是可行的和有效的。 第四，在系統(tǒng)研究模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了基于模糊控制策略的模糊智能控制方法。模糊智能控制屬于智能控制理論，方法本身不依賴于結(jié)構(gòu)的力學(xué)模

5、型，模糊半主動(dòng)控制的控制信號(hào)只有最小和最大兩種，從從振動(dòng)控制的效果上看，模糊半主動(dòng)控制的效果要好。這主要是因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很好的泛化能力，對(duì)于非訓(xùn)練樣本也能得出滿意的結(jié)果，并且，連續(xù)的控制電流使MR產(chǎn)生的實(shí)際阻尼力能更好的跟蹤模糊主動(dòng)控制力。另外模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不受控制算法的限制，可以與各種控制算法連接形成智能控制。 第五，通過將前面的理論研究應(yīng)用于多層框架基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)，完成了對(duì)安裝了基礎(chǔ)MR智能隔震系統(tǒng)裝置的多層框架結(jié)構(gòu)模型的理論

6、研究。結(jié)果表明：被動(dòng)隔震裝置能大大的減小多層框架結(jié)構(gòu)模型的地震地震響應(yīng)，但是隔震層的層間側(cè)移太大，安全性要求得不到保證?；A(chǔ)MR智能隔震系統(tǒng)裝置的性能明顯好于被動(dòng)隔震裝置，是一種安全實(shí)用的隔震裝置。模糊智能控制方法能有效控制MR智能隔震系統(tǒng)，其控制效果明顯比Passive-off控制和被動(dòng)隔震的效果好。通過仿真分析與試驗(yàn)結(jié)果的比較，也證實(shí)了本文提出的仿真算法和模糊智能控制方法的正確性。 第六，采用MR智能阻尼器來抑制升船機(jī)結(jié)構(gòu)項(xiàng)

7、部廠房的地震鞭梢效應(yīng)。由于智能材料可通過改變外加電/磁場(chǎng)來調(diào)整自身的狀態(tài)，因此以其作為調(diào)節(jié)手段可以設(shè)計(jì)出可調(diào)參數(shù)的智能阻尼器，實(shí)現(xiàn)工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)的半主動(dòng)控制。仿真分析和試驗(yàn)分析都表明，MR智能半主動(dòng)阻尼器可有效地抑制升船機(jī)結(jié)構(gòu)項(xiàng)部廠房的地震鞭梢效應(yīng)。 最后，完成了運(yùn)用MR阻尼器控制三峽升船機(jī)頂部廠房鞭梢效應(yīng)的實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。建立了實(shí)時(shí)子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的加載設(shè)備和控制系統(tǒng)，測(cè)量了液壓伺服系統(tǒng)的滯后時(shí)間，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)的方法加以補(bǔ)償?，F(xiàn)