結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)識(shí)別與控制的算法設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究

土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制研究和應(yīng)用已有近 50 年的歷史，基于線性結(jié)構(gòu)的主動(dòng)控制理論已經(jīng)基本成熟，在土木工程領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。但是由于結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越復(fù)雜，即使采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)，在強(qiáng)地震作用下將結(jié)構(gòu)完全控制在線性階段也是不現(xiàn)實(shí)的。因此研究結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)控制以及識(shí)別等問(wèn)題具有重要的理論和實(shí)際意義。結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)容易造成結(jié)構(gòu)損傷甚至破壞，不具有可重復(fù)性，因此研究可以重復(fù)使用的結(jié)構(gòu)非線性試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)于所提出理論和算法的驗(yàn)證也是非常重要的。本項(xiàng)目基于以上的問(wèn)題，根據(jù)不同情況研究了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)識(shí)別與控制算法，同時(shí)設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。具體為：1. 針對(duì)常參數(shù)簡(jiǎn)單非線性模型采用小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)參數(shù)識(shí)別；考慮時(shí)變參數(shù)的影響，針對(duì)滯回非線性模型采用無(wú)跡卡爾曼濾波進(jìn)行參數(shù)識(shí)別，同時(shí)利用估計(jì)量來(lái)計(jì)算滯回變量，提高了識(shí)別精度；針對(duì)磁流變彈性體材料，采用廣義Maxwell模型以及分?jǐn)?shù)階模型進(jìn)行了建模及參數(shù)識(shí)別。2. 針對(duì)簡(jiǎn)單非線性模型，采用滑?？刂扑惴ㄒ约胺答伨€性化控制算法進(jìn)行了控制設(shè)計(jì)，同時(shí)在控制算法設(shè)計(jì)中對(duì)于荷載進(jìn)行了識(shí)別；針對(duì)復(fù)雜非線性模型，結(jié)合前面的識(shí)別算法給出控制所用參數(shù)，采用模型參考自適應(yīng)控制算法進(jìn)行了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)控制；針對(duì)采用旋轉(zhuǎn)激勵(lì)的結(jié)構(gòu)非線性模型，采用同胚變換及反饋線性化算法完成了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)控制。3. 基于粘滯旋轉(zhuǎn)阻尼器建立了結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)調(diào)節(jié)粘滯阻尼器的阻尼系數(shù)可以實(shí)現(xiàn)不同的非線性行為；基于磁流變彈性體建立了結(jié)構(gòu)非線性試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，通過(guò)調(diào)節(jié)施加在磁流變彈性體上的磁場(chǎng)可以實(shí)現(xiàn)不同的非線性行為；基于旋轉(zhuǎn)激勵(lì)作動(dòng)器建立了考慮作動(dòng)器非線性的結(jié)構(gòu)非線性試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；基于主?dòng)電機(jī)建立了基于狀態(tài)反饋的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停梢灾貜?fù)的實(shí)現(xiàn)給定的線性及非線性行為。在以上建立的結(jié)構(gòu)非線性模型中，對(duì)于所提到的識(shí)別和控制算法進(jìn)行了驗(yàn)證。 2100433B

土木工程結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震作用下將不可避免地進(jìn)入塑性階段，從而表現(xiàn)出非線性行為，因此研究結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)識(shí)別與控制具有重要的理論和實(shí)際意義。本項(xiàng)目針對(duì)結(jié)構(gòu)中已知非線性程度及非線性類型的不同，設(shè)計(jì)合適的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)識(shí)別及控制算法，并分別基于旋轉(zhuǎn)阻尼器和磁流變彈性體建立具有可重復(fù)性的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。具體為：1）當(dāng)已知較多非線性模型信息時(shí)，采用常參數(shù)結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)模型，設(shè)計(jì)以魯棒控制方案為主的控制算法；當(dāng)已知較少非線性模型信息時(shí)，采用時(shí)變參數(shù)結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)模型，設(shè)計(jì)以自適應(yīng)制方案為主的控制算法；2）利用磁流變或粘滯旋轉(zhuǎn)阻尼器建立具有可重復(fù)性的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并通過(guò)調(diào)整輸入到磁流變旋轉(zhuǎn)阻尼器中的電壓信號(hào)實(shí)現(xiàn)不同的非線性行為；3）利用磁流變彈性體設(shè)計(jì)變剛度柱，并建立可以實(shí)現(xiàn)不同剛度非線性的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?）在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕向?yàn)證前面提出的結(jié)構(gòu)非線性振動(dòng)識(shí)別與控制算法的合理性。

本項(xiàng)目針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)智能控制的難點(diǎn)問(wèn)題，通過(guò)對(duì)模糊推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及粗糙集理論等智能控制算法的深入研究，提出有效的高層建筑自適應(yīng)模糊控制新算法。研究?jī)?nèi)容包括：高層建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的模糊建模、模糊控制規(guī)則提取及有效性驗(yàn)證；高層建筑結(jié)構(gòu)模糊自適應(yīng)控制算法的研究及模糊系統(tǒng)穩(wěn)定性分析；研制相應(yīng)的智能嵌入式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)；進(jìn)行安裝主動(dòng)質(zhì)量阻尼器的高層鋼框架模型結(jié)構(gòu)模糊控制試驗(yàn)研究，驗(yàn)證所提智能控制算法與研制的智能控制系統(tǒng)的有效性。本課題研究將為高層建筑智能控制的工程應(yīng)用提供關(guān)鍵技術(shù)儲(chǔ)備。 2100433B

我們項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容和研究目標(biāo)有三個(gè)：.1 模糊和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)滑?？刂?。將模糊控制同其它領(lǐng)域的理論研究方法相結(jié)合，利用模糊控制的優(yōu)勢(shì)提供可行的分析方法，發(fā)展一些實(shí)用的綜合方法；.2時(shí)滯系統(tǒng)的滑模變結(jié)構(gòu)控制。時(shí)滯系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制，對(duì)進(jìn)一步促進(jìn)變結(jié)構(gòu)控制理論的應(yīng)用具有重要意義。.3滑動(dòng)模態(tài)控制的抖振問(wèn)題：目前雖然有許多消除抖振的方案，但這些方法都有各自局限性，抖振現(xiàn)象仍然是離散系統(tǒng)滑?？刂扑惴ǖ闹饕?2100433B