建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制及控制器優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，土木工程結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減震已愈來(lái)愈受到人們的重視，土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制技術(shù)也隨之進(jìn)入蓬勃發(fā)展的階段，許多新型控制體系和控制裝置相繼出現(xiàn)。振動(dòng)控制技術(shù)在土木工程中的運(yùn)用也產(chǎn)生了許多新的研究領(lǐng)域，控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題便是其中之一?？刂破鞯膬?yōu)化設(shè)計(jì)一般包括兩個(gè)方面：一是被動(dòng)控制器相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化或主動(dòng)控制器最優(yōu)控制律的選??；二是控制器的數(shù)目和安裝位置優(yōu)化。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，基于能量的觀點(diǎn)，結(jié)合兩結(jié)構(gòu)互連控制體系和

2、三維結(jié)構(gòu)控制體系對(duì)控制器的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。主要完成的工作如下： (1)建立了兩結(jié)構(gòu)互連控制體系的動(dòng)力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，提出了被動(dòng)控制器(包括彈性及阻尼元件)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。這一優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要包括兩個(gè)方面：①運(yùn)用等效最優(yōu)控制方法對(duì)被動(dòng)控制器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；②基于結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的響應(yīng)，從能量的角度出發(fā)，提出與時(shí)域相對(duì)應(yīng)的控制器性能指標(biāo)J0或△J,根據(jù)這一指標(biāo)對(duì)被動(dòng)控制器的數(shù)目和安裝位置進(jìn)行優(yōu)化。算例表明，這兩種性能指標(biāo)都反

3、映了控制器對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制貢獻(xiàn)的大小，根據(jù)這兩種性能指標(biāo)可以得到經(jīng)濟(jì)合理的控制器數(shù)目和安裝位置的優(yōu)化結(jié)果，同時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)也有良好的控制效果。 (2)考慮到實(shí)際工程中阻尼器的應(yīng)用非常廣泛和彈性元件的實(shí)現(xiàn)有困難等因素，研究了在兩結(jié)構(gòu)互連控制體系中僅安裝阻尼器時(shí)阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。當(dāng)參數(shù)無(wú)限制時(shí)，阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法主要包括兩個(gè)方面：①運(yùn)用單形調(diào)優(yōu)法以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)對(duì)阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；②以控制器的性能指標(biāo)△J為依

4、據(jù)，對(duì)阻尼器的數(shù)目和安裝位置進(jìn)行優(yōu)化。算例表明，根據(jù)上述方法對(duì)阻尼器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以取得良好的控制效果，并降低工程造價(jià)。 (3)考慮到現(xiàn)代建筑中日益突出的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和設(shè)備抗震設(shè)計(jì)的重要性，進(jìn)一步討論了不考慮次結(jié)構(gòu)影響且阻尼器參數(shù)無(wú)限制時(shí)兩結(jié)構(gòu)互連控制體系阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，并在此基礎(chǔ)上，研究了阻尼器優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)次結(jié)構(gòu)樓層反應(yīng)譜的影響，得出一些有意義的結(jié)論。 (4)考慮到平面框架模型過于粗糙，無(wú)法反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的許多動(dòng)

5、力特性，建立了三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究，包括阻尼器參數(shù)無(wú)限制和參數(shù)受限制兩種情況。參數(shù)無(wú)限制時(shí)，三維實(shí)體結(jié)構(gòu)的阻尼器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與兩結(jié)構(gòu)互連控制體系中阻尼器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法是類似的，即運(yùn)用單形調(diào)優(yōu)法以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)對(duì)阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)根據(jù)控制器的性能指標(biāo)△J對(duì)阻尼器的數(shù)目和安裝位置進(jìn)行優(yōu)化。參數(shù)受限制時(shí)，可以通過采用復(fù)形調(diào)優(yōu)法以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)對(duì)阻尼器的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，阻尼器的