高層建筑結(jié)構(gòu)智能振動(dòng)控制與優(yōu)化研究.pdf

1、本文針對(duì)考慮彈性及彈塑性特性時(shí)的高層建筑智能控制問(wèn)題進(jìn)行了研究，主要包括:針對(duì)線彈性系統(tǒng)的離散瞬時(shí)最優(yōu)控制算法、迭代學(xué)習(xí)型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法及收斂性的分析;針對(duì)彈塑性系統(tǒng)迭代學(xué)習(xí)型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法及其收斂性的分析;SSI及P_Δ效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響;主動(dòng)控制器位置優(yōu)化分析。具體研究工作如下:
　　1.基于經(jīng)典的瞬時(shí)最優(yōu)控制算法，推導(dǎo)了一階近似離散瞬時(shí)最優(yōu)化控制算法及離散瞬時(shí)最優(yōu)控制算法兩類(lèi)離散型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法，并采用李雅普諾夫第二

2、方法證明受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)值算例中，同時(shí)采用李雅普諾夫第一方法驗(yàn)證了受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)值分析結(jié)果表明:兩類(lèi)離散型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法對(duì)選定的高層建筑結(jié)構(gòu)模型在給定的輸入地震荷載作用下，均有較好的控制效果，其中離散型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法的控制效果較優(yōu)。
　　2.基于經(jīng)典的瞬時(shí)最優(yōu)控制算法和迭代學(xué)習(xí)智能控制算法提出了迭代學(xué)習(xí)型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法。考慮線彈性系統(tǒng)，針對(duì)連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)，以系統(tǒng)的響應(yīng)和期望響應(yīng)的差值為反饋，以系統(tǒng)二次型性能泛

3、函為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)迭代學(xué)習(xí)修正主動(dòng)控制器的控制信號(hào)，提高主動(dòng)控制的效果，并給出了該方法收斂性的充分條件。數(shù)值算例結(jié)果表明，較瞬時(shí)最優(yōu)控制算法而言，迭代學(xué)習(xí)型瞬時(shí)最優(yōu)控制算法對(duì)在地震荷載作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的響應(yīng)控制有較明顯的改善，其中尤其以位移及層間位移控制效果改善最為明顯。由于系統(tǒng)反饋中未考慮加速度響應(yīng)，控制系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)控制效果均表現(xiàn)不理想。
　　3.針對(duì)考慮彈塑性特性時(shí)的高層建筑結(jié)構(gòu)，基于智能控制算法中的迭代學(xué)習(xí)控制算

4、法，推導(dǎo)了相應(yīng)的迭代學(xué)習(xí)控制策略，并給出了該控制策略在考慮彈塑性時(shí)的高層建筑結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制中收斂的充分條件。數(shù)值算例結(jié)果表明，迭代學(xué)習(xí)控制有較好的控制效果，其中，尤其以對(duì)結(jié)構(gòu)的位移峰值響應(yīng)及位移殘余變形的控制效果明顯。
　　4.基于三維彈性半空間內(nèi)作用垂向及橫向集中荷載時(shí)，基礎(chǔ)的彈性半空間內(nèi)任意位置的位移和應(yīng)力解析解及基礎(chǔ)底面上的作用力分布形式，給出了基礎(chǔ)垂向及橫向等效剛度;考慮地基基礎(chǔ)阻尼形式為逸散阻尼，對(duì)考慮不同地基剛度形式

5、下的高層結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)進(jìn)行了分析，上部結(jié)構(gòu)分別考慮了彈性及彈塑性兩種模型。數(shù)值分析結(jié)果表明，土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)有一定的影響，尤其對(duì)考慮彈塑性特性時(shí)的受控系統(tǒng)而言，土-結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響明顯，且無(wú)明顯的規(guī)律性，在不同頻譜特性的地震波作用下，其影響既可能是改善控制效果亦可能降低控制效果。
　　5.針對(duì)彈性及考慮彈塑性特性時(shí)的高層建筑結(jié)構(gòu)，分別建立了考慮P_△效應(yīng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)模型。數(shù)值算例結(jié)果表明，考慮P_△效應(yīng)時(shí)，低頻

6、成分為主的地震波更不利于高層結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。
　　6.基于遺傳算法(GA)，提出了改進(jìn)遺傳算法，該改進(jìn)遺傳算法中，考慮了目標(biāo)函數(shù)尺度變換及種群個(gè)體遷移機(jī)制，以提高算法的收斂性并防止算法過(guò)早成熟?；谠摳倪M(jìn)的遺傳算法，討論了主動(dòng)控制器位置優(yōu)化問(wèn)題。通過(guò)對(duì)未受控結(jié)構(gòu)、全樓層設(shè)置作動(dòng)器、GA優(yōu)化后（5個(gè)樓層）三種工況下結(jié)構(gòu)響應(yīng)的對(duì)比分析可知，設(shè)置少量控制器（5個(gè)樓層位置），通過(guò)GA優(yōu)化可以得到較優(yōu)的控制效果，其控制效果可接近甚至優(yōu)于全樓層設(shè)