結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

1、H景囂隨瞧結(jié)構(gòu)震動(dòng)控嗣在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用◆文／董江峰豢鵬勞金箭何自強(qiáng)【摘要】中國(guó)是世界上地震災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家。土木工程結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)、地震等動(dòng)力作用下的反應(yīng)和損傷累積，是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。開(kāi)展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中不確定系統(tǒng)的控制問(wèn)題，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生較

2、劇烈的破壞運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起地面震動(dòng)，從而對(duì)各種類(lèi)型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級(jí)災(zāi)害地震事件中發(fā)達(dá)國(guó)家的死亡人數(shù)及其損失絕對(duì)額比發(fā)展中國(guó)家以及貧窮國(guó)家相對(duì)要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實(shí)程度、振動(dòng)控制研究等方面投入的差別對(duì)比。中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，有“地震國(guó)”之稱(chēng)。然而我國(guó)建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進(jìn)一步加強(qiáng)和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層

3、建筑現(xiàn)在是我國(guó)的一種廣泛應(yīng)用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是70年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科。它對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力不穩(wěn)定性等振動(dòng)現(xiàn)象加以控制使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。它可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制和半主動(dòng)控制四種：從研究和應(yīng)用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振、結(jié)構(gòu)主

4、動(dòng)／半主動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法為標(biāo)志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動(dòng)控制那樣需要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來(lái)確定輸入信號(hào)或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過(guò)狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學(xué)者Zadeh在1965年的一篇名為“模糊集合”的文章中創(chuàng)立的。上世紀(jì)70年代繼續(xù)發(fā)展。到80年代出現(xiàn)大

5、規(guī)模應(yīng)用。模糊控制作為控制理論的一個(gè)重要分支可將人類(lèi)的主觀經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無(wú)法建模的復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。目前模糊控制應(yīng)用在結(jié)構(gòu)控制中已初見(jiàn)成效。1999年。Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)隔震方案中，應(yīng)用模糊算法控制主動(dòng)阻尼器，取得了良好的控制效果。2002年王剛和歐進(jìn)萍針對(duì)1：10的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻

6、尼控制裝置實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動(dòng)模糊控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用物理器件來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)它是一個(gè)高度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可以表達(dá)實(shí)際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)來(lái)描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機(jī)性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，使得它在對(duì)不確定性系統(tǒng)的控制過(guò)程中自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性從而自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)隨時(shí)間的特

7、性變異，從而可以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度和精度。高層建筑是指10層及l(fā)O層以上的住宅和25m高度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動(dòng)器。MR變阻尼器是利用近年來(lái)出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊特性實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達(dá)到控制的效果。在磁場(chǎng)作用下磁流變液可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速地由流動(dòng)性良好的牛

8、頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ?、低流?dòng)性的bin曲鋤塑性固體。同時(shí)，這一過(guò)程又是可逆的，在撤去磁場(chǎng)后馬上又恢復(fù)流動(dòng)性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱性，以及其它的機(jī)械性能和物理學(xué)性能都發(fā)生顯著的改變。液體和固體的轉(zhuǎn)換是可逆的可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)控制其對(duì)結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之

9、間產(chǎn)生往復(fù)的相對(duì)變形或相對(duì)速度，這些變化量經(jīng)過(guò)處理后輸入控制器，控制器依據(jù)一定的控制策略對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)來(lái)改變作動(dòng)器的磁場(chǎng)的大小。使磁流變液的剪切屈服應(yīng)力發(fā)生變化，以達(dá)到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒(méi)有地震的時(shí)候結(jié)構(gòu)處于平衡位置控制器只起監(jiān)視和信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示作用，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號(hào)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制在近年來(lái)發(fā)展很快，但畢竟還是一門(mén)發(fā)展中的學(xué)科，諸多問(wèn)題的研究尚處于起步階段，需要進(jìn)一步優(yōu)化和解決。參考文獻(xiàn)LaIlraMJallsen

10、，SⅢeyJ腳keSeIIli—ac曲eco腑ols吐ate釃forMRD枷perS：comparadves七IldyJoumalofEngilleedngMechanics，2000，8，126(8)：795—803【2】SbjuErH啪g，RueJ崦Li扎AconlbiIladonof缸Zy10西ca11dneuralnecworkcon吐onerform試印k—i11pmm111dpk—ou中utsysteIllsIn—tem城o

11、nalJollr】flalofsysteIIlsScience，2000，3l(3)：343—357【3】陳靜結(jié)構(gòu)振動(dòng)邏輯控帝3北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005(作者單位系寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè))一181—萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)陽(yáng)工程劇與管理IiTIOII唱申拿拿翁.~4←.結(jié)掏震動(dòng)搖嗣在商層囂.結(jié)掏申副應(yīng)用?~董懷悻暴鵬f合箭何自薇摘要l中國(guó)是世界上地震災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家。土木工程結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)、地震等動(dòng)力作用下

12、的反應(yīng)和損傷累積，是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。開(kāi)展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)技制領(lǐng)城中不確定系統(tǒng)的控制問(wèn)題，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制模糊拔制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生較劇烈的破壞運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起地面震動(dòng)，從而對(duì)各種類(lèi)型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級(jí)災(zāi)害地震事件中，發(fā)達(dá)國(guó)家的死亡人數(shù)及其損失絕對(duì)額比發(fā)展中國(guó)家以及貧窮國(guó)家相對(duì)要少得多。這

13、也體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實(shí)程度、振動(dòng)控制研究等方面投入的差別對(duì)比。中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，有“地震國(guó)“之稱(chēng)。然而我國(guó)建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進(jìn)一步加強(qiáng)和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國(guó)的一種廣泛應(yīng)用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是70年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科，它對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力

14、不穩(wěn)定性等振動(dòng)現(xiàn)象加以控制，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。官可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制和半主動(dòng)控制四種:從研究和應(yīng)用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振、結(jié)構(gòu)主動(dòng)半主動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法為標(biāo)志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動(dòng)控制那樣曾要精確

15、的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來(lái)確定輸入信號(hào)或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過(guò)狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學(xué)者Zadeh在1%5年的一篇名為“模糊集合“的文章中創(chuàng)立的。上世紀(jì)70年代繼續(xù)發(fā)展，到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。模糊控制作為控制理論的一個(gè)重要分支可將人類(lèi)的主觀經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無(wú)法建模的復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體

16、優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。目前模糊控制應(yīng)用在結(jié)構(gòu)控制中已初見(jiàn)成效。1999年.Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)隔震方案中，應(yīng)用模糊算法控制主動(dòng)阻尼器，取得了良好的控制效果。2∞2年，玉剛和歐進(jìn)JII針對(duì)1:10的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動(dòng)模糊控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用物理器件來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神

17、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)高度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，可以表達(dá)實(shí)際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)來(lái)描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機(jī)性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，使得它在對(duì)不確定性系統(tǒng)的控制過(guò)程中自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性，從而自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)隨時(shí)間的特性變異，從而可以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度和精度。高層建筑是指10層及10層以上的住

18、宅和25m離度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動(dòng)器。MR變阻尼器是利用近年來(lái)出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊待性實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達(dá)到控制的效果。在磁場(chǎng)作用下，磁流變液可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速地由流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝露取⒌土鲃?dòng)性的bingham塑性固體。同時(shí)，這一過(guò)程又是可逆的，在搬去磁場(chǎng)后馬上又恢復(fù)流動(dòng)性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱

19、性，以及其它的機(jī)械性能和物理學(xué)性能都發(fā)生顯著的改變。液體和團(tuán)體的轉(zhuǎn)換是可逆的，可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)控制其對(duì)結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復(fù)的相對(duì)變形或相對(duì)速度，這些變化量經(jīng)過(guò)處理后輸入控制器，控制器依據(jù)定的控制策略對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)來(lái)改變作動(dòng)器的磁場(chǎng)的大小，使磁流變液的剪切

20、屈服應(yīng)力發(fā)生變化，以達(dá)到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒(méi)有地震的時(shí)候，結(jié)構(gòu)處于平衡位置，控制器只起監(jiān)視和信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示作用，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號(hào)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制在近年來(lái)發(fā)展很快但畢竟還是一門(mén)發(fā)展中的學(xué)科，諸多問(wèn)題的研究尚處于起步階段，需要進(jìn)一步優(yōu)化和解決。參考文獻(xiàn)[1]LauraM.Jansen.ShirleyJ.Dyke.Semiactivecontrolstrat砸自fMRDampers:compara目vestudy.Journal

21、ofEngineeringMechanics.20008126(8):795803[2]ShiuErHuangRueJingLian.Acombinationoffuzzylogicneuralwkcontrollerfmultipleinputmultipleoutputsysterns.IntemationalJ0町nalofSysternsScience200031(3):343357[3]陳靜.結(jié)構(gòu)振動(dòng)邏輯控制北京國(guó)防工業(yè)出版社

22、，2005(作者單位系寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)搜學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè))181H景囂隨瞧結(jié)構(gòu)震動(dòng)控嗣在高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用◆文／董江峰豢鵬勞金箭何自強(qiáng)【摘要】中國(guó)是世界上地震災(zāi)害嚴(yán)重的國(guó)家。土木工程結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)、地震等動(dòng)力作用下的反應(yīng)和損傷累積，是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。開(kāi)展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)控制領(lǐng)域中不確定系統(tǒng)的控制問(wèn)題，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制?！娟P(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制模糊控制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高層

23、建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生較劇烈的破壞運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起地面震動(dòng)，從而對(duì)各種類(lèi)型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級(jí)災(zāi)害地震事件中發(fā)達(dá)國(guó)家的死亡人數(shù)及其損失絕對(duì)額比發(fā)展中國(guó)家以及貧窮國(guó)家相對(duì)要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實(shí)程度、振動(dòng)控制研究等方面投入的差別對(duì)比。中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，有“地震國(guó)”之稱(chēng)。然而我國(guó)建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有

24、待進(jìn)一步加強(qiáng)和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國(guó)的一種廣泛應(yīng)用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是70年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科。它對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力不穩(wěn)定性等振動(dòng)現(xiàn)象加以控制使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。它可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制和半主動(dòng)控

25、制四種：從研究和應(yīng)用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振、結(jié)構(gòu)主動(dòng)／半主動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法為標(biāo)志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動(dòng)控制那樣需要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來(lái)確定輸入信號(hào)或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過(guò)狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學(xué)者Zadeh在1965年的一篇名為

26、“模糊集合”的文章中創(chuàng)立的。上世紀(jì)70年代繼續(xù)發(fā)展。到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。模糊控制作為控制理論的一個(gè)重要分支可將人類(lèi)的主觀經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無(wú)法建模的復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。目前模糊控制應(yīng)用在結(jié)構(gòu)控制中已初見(jiàn)成效。1999年。Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)隔震方案中，應(yīng)用模糊算法控制主動(dòng)阻尼器，取得了良好的控制效果。200

27、2年王剛和歐進(jìn)萍針對(duì)1：10的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動(dòng)模糊控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用物理器件來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)它是一個(gè)高度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)可以表達(dá)實(shí)際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)來(lái)描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機(jī)性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，使得它在對(duì)

28、不確定性系統(tǒng)的控制過(guò)程中自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性從而自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)隨時(shí)間的特性變異，從而可以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度和精度。高層建筑是指10層及l(fā)O層以上的住宅和25m高度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動(dòng)器。MR變阻尼器是利用近年來(lái)出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊特性實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達(dá)到控制的

29、效果。在磁場(chǎng)作用下磁流變液可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速地由流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦唣ざ?、低流?dòng)性的bin曲鋤塑性固體。同時(shí)，這一過(guò)程又是可逆的，在撤去磁場(chǎng)后馬上又恢復(fù)流動(dòng)性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱性，以及其它的機(jī)械性能和物理學(xué)性能都發(fā)生顯著的改變。液體和固體的轉(zhuǎn)換是可逆的可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)控制其對(duì)結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振

30、動(dòng)控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復(fù)的相對(duì)變形或相對(duì)速度，這些變化量經(jīng)過(guò)處理后輸入控制器，控制器依據(jù)一定的控制策略對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)來(lái)改變作動(dòng)器的磁場(chǎng)的大小。使磁流變液的剪切屈服應(yīng)力發(fā)生變化，以達(dá)到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒(méi)有地震的時(shí)候結(jié)構(gòu)處于平衡位置控制器只起監(jiān)視和信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示作用，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號(hào)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制在近年來(lái)發(fā)展很快，但畢竟還是一門(mén)發(fā)展中的學(xué)科，諸多問(wèn)題的研究尚處于

31、起步階段，需要進(jìn)一步優(yōu)化和解決。參考文獻(xiàn)LaIlraMJallsen，SⅢeyJ腳keSeIIli—ac曲eco腑ols吐ate釃forMRD枷perS：comparadves七IldyJoumalofEngilleedngMechanics，2000，8，126(8)：795—803【2】SbjuErH啪g，RueJ崦Li扎AconlbiIladonof缸Zy10西ca11dneuralnecworkcon吐onerform試印k—i

32、11pmm111dpk—ou中utsysteIllsIn—tem城onalJollr】flalofsysteIIlsScience，2000，3l(3)：343—357【3】陳靜結(jié)構(gòu)振動(dòng)邏輯控帝3北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005(作者單位系寧波大學(xué)建筑工程與環(huán)境學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè))一181—萬(wàn)方數(shù)據(jù)萬(wàn)方數(shù)據(jù)陽(yáng)工程劇與管理IiTIOII唱申拿拿翁.~4←.結(jié)掏震動(dòng)搖嗣在商層囂.結(jié)掏申副應(yīng)用?~董懷悻暴鵬f合箭何自薇摘要l中國(guó)是世界上地震災(zāi)害嚴(yán)

33、重的國(guó)家。土木工程結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制可以有效減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)、地震等動(dòng)力作用下的反應(yīng)和損傷累積，是防災(zāi)減災(zāi)的有效方法。開(kāi)展諸如模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制可以有效地解決高層建筑結(jié)構(gòu)技制領(lǐng)城中不確定系統(tǒng)的控制問(wèn)題，達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。[關(guān)鍵詞]結(jié)構(gòu)震動(dòng)控制模糊拔制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)高層建筑地震是與地球構(gòu)造密切相關(guān)的一種自然現(xiàn)象。在地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中，發(fā)生較劇烈的破壞運(yùn)動(dòng)時(shí)，引起地面震動(dòng)，從而對(duì)各種類(lèi)型的建筑物造成不同程度的破壞。在同等級(jí)災(zāi)害地震事件中，發(fā)達(dá)

34、國(guó)家的死亡人數(shù)及其損失絕對(duì)額比發(fā)展中國(guó)家以及貧窮國(guó)家相對(duì)要少得多。這也體現(xiàn)了發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家在建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)、建筑結(jié)構(gòu)牢固結(jié)實(shí)程度、振動(dòng)控制研究等方面投入的差別對(duì)比。中國(guó)是一個(gè)多地震的國(guó)家，有“地震國(guó)“之稱(chēng)。然而我國(guó)建筑物的抗震能力在世界上尚屬于落后水平，有待進(jìn)一步加強(qiáng)和提高。隨著城市建設(shè)的發(fā)展和節(jié)約用地的需要，帶裙房的高層建筑現(xiàn)在是我國(guó)的一種廣泛應(yīng)用的建筑形式。如何提高帶裙房高層建筑的抗震性能已成為亟待解決的熱點(diǎn)問(wèn)題之一

35、。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是70年代發(fā)展起來(lái)的一門(mén)學(xué)科，它對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)和動(dòng)力不穩(wěn)定性等振動(dòng)現(xiàn)象加以控制，使其在規(guī)定的范圍內(nèi)工作。官可以降低結(jié)構(gòu)的重量，改善結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，提高結(jié)構(gòu)承載能力和可靠度。按照被控系統(tǒng)是否有外部能源輸入，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制和半主動(dòng)控制四種:從研究和應(yīng)用上大體又可分為基礎(chǔ)隔震、結(jié)構(gòu)被動(dòng)耗能減振、結(jié)構(gòu)主動(dòng)半主動(dòng)控制和結(jié)構(gòu)智能控制。結(jié)構(gòu)智能控制包括采用智能裝置和智能控制算法兩種。采用諸如模糊控制和神經(jīng)

36、網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制算法為標(biāo)志的結(jié)構(gòu)智能控制，不像主動(dòng)控制那樣曾要精確的結(jié)構(gòu)模型，而是采用智能控制算法來(lái)確定輸入信號(hào)或輸出反饋與控制增益的關(guān)系。模糊算法主要通過(guò)狀態(tài)輸出和控制輸入的模糊控制規(guī)律來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)或控制。模糊理論是由著名控制論學(xué)者Zadeh在1%5年的一篇名為“模糊集合“的文章中創(chuàng)立的。上世紀(jì)70年代繼續(xù)發(fā)展，到80年代出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。模糊控制作為控制理論的一個(gè)重要分支可將人類(lèi)的主觀經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)納入控制系統(tǒng)，為解決不易或無(wú)法建模

37、的復(fù)雜系統(tǒng)控制問(wèn)題提供了有力的手段。它的基本目的是從系統(tǒng)的功能和整體優(yōu)化的角度來(lái)分析和綜合系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的目標(biāo)。目前模糊控制應(yīng)用在結(jié)構(gòu)控制中已初見(jiàn)成效。1999年.Michael等人在橋梁結(jié)構(gòu)的半主動(dòng)隔震方案中，應(yīng)用模糊算法控制主動(dòng)阻尼器，取得了良好的控制效果。2∞2年，玉剛和歐進(jìn)JII針對(duì)1:10的導(dǎo)管架式海洋平臺(tái)結(jié)構(gòu)模型，采用磁流變阻尼控制裝置，實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)振動(dòng)模糊控制的地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是利用物理器件來(lái)模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的

38、某些結(jié)構(gòu)和功能，其基礎(chǔ)在于神經(jīng)元。大量的形式相同的神經(jīng)元一起構(gòu)成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它是一個(gè)高度非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)，可以表達(dá)實(shí)際物理世界的各種現(xiàn)象。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型就是以神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)來(lái)描述的。在結(jié)構(gòu)控制的研究課題中，地震波的隨機(jī)性使系統(tǒng)帶有不確定性。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)能力，使得它在對(duì)不確定性系統(tǒng)的控制過(guò)程中自動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的特性，從而自動(dòng)適應(yīng)系統(tǒng)隨時(shí)間的特性變異，從而可以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的最優(yōu)控制。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以采用改進(jìn)的BP神

39、經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的速度和精度。高層建筑是指10層及10層以上的住宅和25m離度左右以上的建筑。帶裙房高層結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是在主樓和群房之間安裝了磁流變阻尼器即MR阻尼器作為系統(tǒng)的作動(dòng)器。MR變阻尼器是利用近年來(lái)出現(xiàn)的智能材料磁流變液的一些特殊待性實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)施加不同控制里以達(dá)到控制的效果。在磁場(chǎng)作用下，磁流變液可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速地由流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝露?、低流?dòng)性的bingham塑性固體。同時(shí)，這一過(guò)程又是可逆的，在搬去磁

40、場(chǎng)后馬上又恢復(fù)流動(dòng)性。這種轉(zhuǎn)換使得材料的流變性、磁化性、導(dǎo)電性、傳熱性，以及其它的機(jī)械性能和物理學(xué)性能都發(fā)生顯著的改變。液體和團(tuán)體的轉(zhuǎn)換是可逆的，可控的，并且這種轉(zhuǎn)換的能量消耗低、溫度穩(wěn)定、安全可靠。使用磁流變液制作的阻尼器可以通過(guò)改變磁場(chǎng)的強(qiáng)弱來(lái)控制其對(duì)結(jié)構(gòu)所施加力的大小，因此成為結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣饡r(shí)，建筑物偏離平衡位置，主樓和群房之間產(chǎn)生往復(fù)的相對(duì)變形或相對(duì)速度，這些變化量經(jīng)過(guò)處理后輸入控制器，控制器依據(jù)定的控制

41、策略對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制信號(hào)來(lái)改變作動(dòng)器的磁場(chǎng)的大小，使磁流變液的剪切屈服應(yīng)力發(fā)生變化，以達(dá)到控制建筑結(jié)構(gòu)的目的。在沒(méi)有地震的時(shí)候，結(jié)構(gòu)處于平衡位置，控制器只起監(jiān)視和信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示作用，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不發(fā)任何控制命令信號(hào)。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制在近年來(lái)發(fā)展很快但畢竟還是一門(mén)發(fā)展中的學(xué)科，諸多問(wèn)題的研究尚處于起步階段，需要進(jìn)一步優(yōu)化和解決。參考文獻(xiàn)[1]LauraM.Jansen.ShirleyJ.Dyke.Semiactivecontrolstrat砸自

42、fMRDampers:compara目vestudy.JournalofEngineeringMechanics.20008126(8):795803[2]ShiuErHuangRueJingLian.Acombinationoffuzzylogicneuralwkcontrollerfmultipleinputmultipleoutputsysterns.IntemationalJ0町nalofSysternsScience20003