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

1、隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步，土木工程結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減震已愈來愈受到人們的重視，土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制技術(shù)也隨之進入蓬勃發(fā)展的階段，許多新型控制體系和控制裝置相繼出現(xiàn)。振動控制技術(shù)在土木工程中的運用也產(chǎn)生了許多新的研究領(lǐng)域，控制器的優(yōu)化設(shè)計問題便是其中之一?？刂破鞯膬?yōu)化設(shè)計一般包括兩個方面：一是被動控制器相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化或主動控制器最優(yōu)控制律的選取；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，結(jié)合兩結(jié)構(gòu)互連控制體系和

2、三維結(jié)構(gòu)控制體系對控制器的優(yōu)化設(shè)計問題進行了研究。主要完成的工作如下： (1)建立了兩結(jié)構(gòu)互連控制體系的動力學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上，提出了被動控制器(包括彈性及阻尼元件)的優(yōu)化設(shè)計方法。這一優(yōu)化設(shè)計方法主要包括兩個方面：①運用等效最優(yōu)控制方法對被動控制器的參數(shù)進行優(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)，提出與時域相對應(yīng)的控制器性能指標(biāo)J0或△J,根據(jù)這一指標(biāo)對被動控制器的數(shù)目和安裝位置進行優(yōu)化。算例表明，這兩種性能指標(biāo)都反

3、映了控制器對結(jié)構(gòu)振動控制貢獻的大小，根據(jù)這兩種性能指標(biāo)可以得到經(jīng)濟合理的控制器數(shù)目和安裝位置的優(yōu)化結(jié)果，同時對結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)也有良好的控制效果。 (2)考慮到實際工程中阻尼器的應(yīng)用非常廣泛和彈性元件的實現(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阻尼器的優(yōu)化設(shè)計問題。當(dāng)參數(shù)無限制時，阻尼器的優(yōu)化設(shè)計方法主要包括兩個方面：①運用單形調(diào)優(yōu)法以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)對阻尼器的參數(shù)進行優(yōu)化；②以控制器的性能指標(biāo)△J為依

4、據(jù)，對阻尼器的數(shù)目和安裝位置進行優(yōu)化。算例表明，根據(jù)上述方法對阻尼器進行優(yōu)化設(shè)計，可以取得良好的控制效果，并降低工程造價。 (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)計的重要性，進一步討論了不考慮次結(jié)構(gòu)影響且阻尼器參數(shù)無限制時兩結(jié)構(gòu)互連控制體系阻尼器的優(yōu)化設(shè)計問題，并在此基礎(chǔ)上，研究了阻尼器優(yōu)化設(shè)計結(jié)果對次結(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，無法反映實際結(jié)構(gòu)的許多動

5、力特性，建立了三維實體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型，對阻尼器的優(yōu)化設(shè)計問題進行了研究，包括阻尼器參數(shù)無限制和參數(shù)受限制兩種情況。參數(shù)無限制時，三維實體結(jié)構(gòu)的阻尼器優(yōu)化設(shè)計方法與兩結(jié)構(gòu)互連控制體系中阻尼器的優(yōu)化設(shè)計方法是類似的，即運用單形調(diào)優(yōu)法以體系的能量指標(biāo)J為目標(biāo)函數(shù)對阻尼器的參數(shù)進行優(yōu)化，同時根據(jù)控制器的性能指標(biāo)△J對阻尼器的數(shù)目和安裝位置進行優(yōu)化。參數(shù)受限制時，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)對阻尼器的參數(shù)進行優(yōu)化，阻尼器的