水工弧形閘門流激振動的MR智能半主動控制仿真研究.pdf

1、水工弧形鋼閘門由于結(jié)構(gòu)輕巧，操作方便，得到了廣泛的應(yīng)用。但同時也因為剛度、阻尼小，容易振動?；⌒武撻l門在側(cè)止水漏水或失效和下游淹沒出流的小開度組合情況下，將發(fā)生強烈的自激振動。對這種自激振動采用水力學條件優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化并不能較好地抑制閘門的強烈振動，而且這種優(yōu)化只能在閘門建造前應(yīng)用。智能材料的發(fā)展和振動控制技術(shù)的運用，為解決閘門的強烈自激振動問題提供了可能和新的途徑，特別是對已建閘門，意義更大。本文主要致力于尋求一種能進一步解決閘門自激

2、振動問題的有效控制裝置和控制策略。本文以某水利樞紐的導流底孔弧形鋼閘門為研究背景，根據(jù)簡化三維模型和模擬的時程荷載，對MR智能阻尼器用于弧形閘門結(jié)構(gòu)的流激振動反應(yīng)減振控制進行了多種智能半主動控制研究。 本文首先基于三維空間有限元模型的動力分析建立了弧形閘門結(jié)構(gòu)動力等效的三維多自由度集中質(zhì)量簡化模型，并利用簡化模型進行了結(jié)構(gòu)的動力特性和振動反應(yīng)分析。兩種模型的動力特性和振動反應(yīng)比較表明，弧形閘門的減振控制中可以采用本文建立的三維多

3、自由度簡化模型。 然后，根據(jù)弧形閘門水彈性模型實驗結(jié)果和相關(guān)實測結(jié)果用遺傳算法模擬了產(chǎn)生破壞性振動的激振平穩(wěn)脈動荷載和非平穩(wěn)脈動荷載時程曲線，并提出了非平穩(wěn)荷載時程的時變AR建模方法。該法假定時變參數(shù)按馬爾可夫方式變化，采用最大似然估計、過濾和平滑的方法獲得AR模型的時變參數(shù)。 模糊邏輯控制是一種特別適用于無法得到準確數(shù)學模型、多輸入、具有不確定因素、非線形系統(tǒng)的控制方法?；诙喾N群遺傳算法的模糊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，把模糊控

4、制和遺傳算法結(jié)合起來，用遺傳算法優(yōu)化模糊控制的隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則，充分發(fā)揮了遺傳算法強大的尋優(yōu)能力，構(gòu)成一種控制優(yōu)化的設(shè)計思想，改善了模糊控制的效果。把遺傳優(yōu)化模糊控制和半主動控制結(jié)合起來，構(gòu)成了本文的優(yōu)化模糊半主動控制策略。 根據(jù)水工弧形閘門的結(jié)構(gòu)特點，建立了水工弧形閘門結(jié)構(gòu)MR阻尼器智能減振系統(tǒng)模型，對智能控制系統(tǒng)模型采用LQ半主動控制策略和遺傳優(yōu)化模糊半主動控策略進行了仿真研究。研究結(jié)果表明，采用這兩種半主動控策略的智能

5、阻尼器均能有效地減小弧形閘門結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，并且減振效果對平穩(wěn)荷載和非平穩(wěn)荷載均有較好的效果。阻尼器參數(shù)分析表明，半主動控制策略的參數(shù)對減振效果有明顯的影響，合理的參數(shù)選擇是智能阻尼器取得良好減振效果所必需的。上述兩種控制策略還分別與被動—關(guān)、被動—開控制和常規(guī)模糊控制進行了比較。結(jié)果表明，優(yōu)化模糊控制比常規(guī)模糊控制、被動—關(guān)控制、被動—開控制效果要好得多，與LQ半主動控制的控制效果相當，而且優(yōu)化模糊控制對具有不確定參數(shù)水工弧形閘門結(jié)構(gòu)