被動(dòng)控制器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、中國(guó)是一個(gè)多震害國(guó)家，長(zhǎng)期的地震災(zāi)害給我國(guó)造成了巨大的損失。建筑結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減震已愈來(lái)愈受到人們的重視，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)也隨之飛速發(fā)展，主動(dòng)和被動(dòng)控制技術(shù)研究都已成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)。其中被動(dòng)控制不需要外部能源、技術(shù)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、性能可靠，因此廣泛應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)，被動(dòng)控制方法的研究顯得尤其重要。本文以平面框架結(jié)構(gòu)模型和三維實(shí)體結(jié)構(gòu)模型為研究對(duì)象，基于能量的觀點(diǎn)，從被動(dòng)控制器參數(shù)優(yōu)化和安裝數(shù)目及位置優(yōu)化兩個(gè)方面出發(fā)，對(duì)被動(dòng)控制器控制結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

2、的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，并分析了控制結(jié)果對(duì)安裝次結(jié)構(gòu)的樓層反應(yīng)譜的影響。文中主要內(nèi)容如下： (1)建立了平面框架結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)模型，研究了三種被動(dòng)控制器(包括彈性及阻尼元件)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，即在時(shí)域內(nèi)基于LQR理論和矩陣初等變換時(shí)運(yùn)用最小二乘法優(yōu)化方法、在頻域內(nèi)的等效最優(yōu)控制方法和在頻域內(nèi)以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)時(shí)的遺傳算法優(yōu)化方法；對(duì)于每種參數(shù)優(yōu)化方法，再基于結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的響應(yīng)，從能量的角度出發(fā)，運(yùn)用與時(shí)域相對(duì)應(yīng)的

3、控制器性能指標(biāo)△J對(duì)被動(dòng)控制器的數(shù)目和安裝數(shù)目及位置進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)后建立了安裝次結(jié)構(gòu)時(shí)平面框架結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)模型，研究了控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)樓層反應(yīng)譜的影響。算例表明，以能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)時(shí)的遺傳算法參數(shù)優(yōu)化方法得到的控制效果較好；加速度樓層反應(yīng)譜能夠直觀可靠的反應(yīng)結(jié)構(gòu)控制效果。 (2)建立了三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，在以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)時(shí)的遺傳算法優(yōu)化方法前提下，討論了逐個(gè)優(yōu)化和逐層優(yōu)化阻尼器參數(shù)兩種方法

4、。逐個(gè)優(yōu)化時(shí)，對(duì)單個(gè)阻尼器單獨(dú)布置在結(jié)構(gòu)某一榀框架時(shí)對(duì)阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，然后建立了安裝有次結(jié)構(gòu)時(shí)三維實(shí)體結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力學(xué)模型，根據(jù)各阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)頂層安裝次結(jié)構(gòu)時(shí)的加速度反應(yīng)譜的控制效果對(duì)阻尼器的數(shù)目和安裝位置進(jìn)行優(yōu)化。逐層優(yōu)化時(shí)，對(duì)一組阻尼器按樓層同時(shí)布置在某層各榀框架時(shí)阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，此時(shí)阻尼器的數(shù)目和安裝位置優(yōu)化按控制器的性能指標(biāo)AJ為依據(jù)進(jìn)行。算例對(duì)比了逐個(gè)優(yōu)化、逐層優(yōu)化的遺傳算法和復(fù)形調(diào)優(yōu)法三者的控制效果，驗(yàn)證了兩種優(yōu)