基于磁流變阻尼器技術(shù)的結(jié)構(gòu)振動混合控制理論與試驗研究.pdf

1、通過在土木工程結(jié)構(gòu)上設(shè)置控制機構(gòu)，并與結(jié)構(gòu)共同抵御地震、風(fēng)荷載等動力荷載的結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)是結(jié)構(gòu)抗震抗風(fēng)對策的一種有效方法，基于智能材料的主動、半主動及混合控制技術(shù)為結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的理論發(fā)展和工程應(yīng)用開辟了新的途徑。磁流變(MR)阻尼器是一種基于智能MR流體的半主動控制裝置，具有體積小、耗能少、結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快并且阻尼力大等優(yōu)點，在土木工程結(jié)構(gòu)的振動控制中具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文通過電磁場的理論分析，利用MR的材料特性，成功

2、研制了一種新型復(fù)合磁流變阻尼器。并且基于該復(fù)合磁流變阻尼器，利用線性二次高斯(LQG)控制及廣義預(yù)測控制算法對框架模型進行了被動、半主動及混合控制的理論與試驗研究，本文主要工作及成果包括以下幾個方面： (1)介紹一種復(fù)合磁流變阻尼器的基本工作原理和組成，基于電磁場基本原理建立了復(fù)合磁流變阻尼器的理論分析模型，并通過有限元進行了模擬分析，驗證了采用復(fù)合磁路進行磁流變阻尼器設(shè)計的有效性； (2)設(shè)計和制作了一個最大出力約55

3、00N、可控阻尼力約為4680N的新型復(fù)合閥式磁流變阻尼器，并對阻尼器的動力性能進行了測試試驗，根據(jù)目前對磁流變阻尼器研究的力學(xué)模型的優(yōu)缺點，本文提出一種適用于該磁流變阻尼器的修正的非線性滯回雙粘性模型； (3)針對自行制作的鉛芯疊層橡膠隔震墊和復(fù)合磁流變阻尼器的被動、半主動、混合控制系統(tǒng)，采用了僅依據(jù)加速度作為狀態(tài)反饋的線性二次高斯(LQG)算法控制和具有時滯自補償?shù)膹V義預(yù)測控制系統(tǒng)；并在磁流變阻尼器的修正的非線性滯回雙粘性模

4、型基礎(chǔ)上，利用MNTLAB/SIMULINK強大而簡明的建模能力，對三層鋼框架建立了以上兩種控制算法的SIMULINK仿真分析模塊，驗證了控制方案的有效性； (4)在兩種不同地震波(El-Centro、Taft)激勵下，分別針對基于LQG和廣義預(yù)測兩種控制算法的半主動控制系統(tǒng)、磁流變阻尼器以恒定電流-0.5A(Passive-onl)、OA(Passive-off)、2A(Passive-on2)和安裝鉛芯疊層橡膠隔震摯的四種被

5、動控制系統(tǒng)，以及由以上半主動控制方式和基礎(chǔ)隔震組合而成的混合控制系統(tǒng)，在WINCON/SIMULINK實時控制軟件平臺下對一個1：4三層鋼框架模型進行了地震模擬振動臺試驗。試驗結(jié)果表明：基于復(fù)合磁流變阻尼器的控制系統(tǒng)是有效的，無論是被動控制、半主動控制還是混合控制，都顯著降低了模型結(jié)構(gòu)各層的響應(yīng)；復(fù)合磁流變阻尼器在不通入電流時具有一定的被動控制效果，驗證了復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁流變阻尼器應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)阻尼器具有更高的可靠性、實用性和經(jīng)濟

6、性；試驗中采用考慮時滯自補償?shù)膹V義預(yù)測控制效果要比采用LQG控制效果好，并且這兩種方案的都能以較被動控制小的控制力達到較好的控制效果；從控制策略上講，無論是混合被動控制還是混合半主動控制，其控制效果明顯優(yōu)于單獨鉛芯疊層橡膠隔震墊基礎(chǔ)隔震和單獨安裝磁流變阻尼器的被動控制，以及安裝磁流變阻尼器的半主動控制。通過仿真分析與試驗結(jié)果的比較，也證實了本文采用的仿真算法的正確性，從而為基于復(fù)合磁流變阻尼器的半主動控制系統(tǒng)、混合控制系統(tǒng)在土木工程中的