结构非线性振动的自适应模糊滑模控制

结构在强震作用下将不可避免地进入塑性阶段,表现出非线性行为,而总体上说,结构非线性振动还没有系统、有效的控制方法。本文主要研究了结构非线性振动的自适应模糊滑模控制算法,用模糊系统来自适应地逼近非线性系统以实现滑模控制力,同时采用模糊系统消除滑模控制所带来的抖振现象,并给出了模糊滑模控制器和自适应律的设计。仿真模型采用3层和20层的B enchm ark非线性结构模型,每层均设置一个采用自适应模糊滑模控制算法的控制装置,计算出其在地震输入下的结构响应,然后对仿真结果进行了分析。仿真结果表明,自适应模糊滑模控制算法能够充分发挥自适应模糊控制和滑模控制的优点,较好地实现对结构在地震作用下非线性振动的控制,并得到令人满意的结果。

结构非线性振动智能控制试验与分析

在结构动力学与控制领域中,试验验证对于理论与数值研究是非常重要的.但是,目前的模型试验大部分都只考虑结构的线性行为,所以考虑结构非线性振动的试验模型成为一个研究热点.采用磁流变旋转阻尼器来模拟结构中的塑性铰,并通过调整输入到此旋转阻尼器中的电压来实现不同的非线性行为,然后在不同的非线性行为下验证了动态神经网络观测器和自适应模糊滑模控制算法的有效性.试验结果表明建立的结构非线性试验模型可以在试验完成后不需要任何代价而恢复到初始状态,并且能够实现不同的非线性行为,同时采用的智能控制算法对结构非线性振动也有较好的控制作用.

基于神经网络预测与小波变换的结构非线性振动参数识别

首先介绍利用复Morlet小波变换进行结构非线性振动模型参数识别的原理,进而分析了因小波变换过程中的边端效应以及在采样点较少情况下复Morlet小波变换对非线性模型参数识别准确性的影响。然后提出了利用BP神经网络对非线性模型参数识别的信号进行预测延拓,并基于预测后的信号进行参数识别。最后通过对两种非线性振动模型进行数值仿真,验证了该方法能很好的提高非线性模型参数识别的准确性,并且具有一定的抗噪能力。

基于AFSMC算法的结构非线性振动MR控制与仿真分析

作为最近发展起来的高性能半主动控制装置,磁流变阻尼器通过改变磁场强度来调节控制力,可靠度高,体积小,出力大,并且具有Fail-Safe的特点,是一种具有广泛应用前景的新型结构控制装置。本文主要研究结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。首先采用我们提出的自适应模糊滑模控制(AFSMC)算法得到了结构非线性振动的主动控制力,然后参照主动控制力,提出和仿真实现了结构非线性振动的磁流变阻尼半主动控制。最后,针对3层和20层benchm ark非线性模型,每层均设置一个磁流变阻尼器,对在给定的地震动下的结构响应进行了计算,分析了半主动控制跟踪主动控制的效果,并且对于半主动控制下的结构位移响应、加速度响应等各项指标也进行了对比分析。仿真结果表明,由于自适应模糊滑模控制算法与半主动控制算法相结合可以很好地实现结构非线性振动的半主动控制,所以能够得到令人满意的控制结果。

基于滑模控制方法的结构线性试验模型仿真分析

随着地震等自然灾害的频发,结构试验模型在建筑结构抗倒塌能力分析过程中是非常重要的。而这类试验一般都是破坏性试验,花费会相当高且试验模型可重复性很难实现。为实现试验模型的可重复使用性,本文根据状态反馈控制的思想,运用滑模控制(SMC)的方法来建立可以模拟不同结构线性及分段线性行为的试验模型。数值仿真试验结果表明建立的结构模型能够很好的实现不同结构的线性行为响应,同时还能够精确的模拟分段线性行为,即结构强度和刚度变化过程中的结构响应。

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(I):参数影响分析与小型比例模型试验

由于常用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对悬吊结构转动和摆振运动控制无效,本文结合数值模拟和模型试验对前期研究提出的新型调谐转动惯量阻尼器(tuned rotary inertia damper,TRID)控制系统应用的可行性进行深入研究.在建立了TRID系统与悬吊结构相互作用力学分析模型以后,通过数值模拟分析比较了控制系统参数对控制效果的影响;基于Simulink系统进行非线性运动微分方程数值求解和ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)机构动力学运动仿真分析,研究了TRID系统控制结构摆振运动的最优参数,如转动惯量比、调频比、阻尼比等;通过小型比例模型系统试验验证了TRID系统控制结构摆振的可行性和有效性.

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(Ⅱ):足尺模型试验与TRID装置小型化研究

基于前期研究工作建立了调谐转动惯量阻尼器(tuned rotational inertia damper,TRID)理论模型并进行数值分析和小比例模型试验,首先对一台中型桥式起重机的吊钩进行了摆振控制的足尺模型试验,进一步验证了TRID系统控制悬吊结构摆动的有效性.其次针对某大型海洋起重铺管船浪涌致吊钩摆动问题设计了TRID控制系统.然后针对在大型工程实际应用中TRID系统需要较大转动惯量的问题,提出了通过引入变速器使TRID系统小型化的方案,并对该方案进行了理论分析和数值模拟验证,结果表明,通过引入变速装置,TRID系统可以采用较小的实际转动惯量来获得等效的大转动惯量,从而可以使TRID系统实现小型化.

大型铺管船吊钩摆动监测的无线倾角传感器集成与测试

本文集成了一种用于大型起重铺管船吊钩摆动监测的无线倾角传感器,并利用所开发的传感器验证了减摆控制模型的有效性.首先,详细地阐述了组成无线倾角传感器各单元的组成原理和设计原则,并对各组成单元进行了集成;其次,对设计的无线倾角传感器进行了标定;最后,利用所集成的无线倾角传感器验证了吊钩减摆控制模型的有效性.研究结果表明:该无线倾角传感器测量与参考数据吻合较好,具有良好的精度;传感器工作无需布线,在不影响铺管船正常作业下完成监测,具有很好的应用前景.

基于位移反馈控制的主动增加时滞补偿方法及其试验验证

时滞是结构振动主动控制系统中普遍存在的现象,时滞不仅会降低控制系统的性能,严重时会造成系统失稳、控制发散。针对此问题,研究以下三方面内容:首先基于单自由度系统时滞的稳定性理论分析,确定系统最大允许时滞量的解析解,该阈值可以作为确定何时应用时滞补偿技术的一个评判指标;其次,当作动器实际时滞量大于最大允许时滞量时,常规时滞补偿方法将会失效,提出了基于位移反馈的主动增加时滞的补偿新方法,并定性结合定量详细分析了主动控制算法的参数影响规律;最后,以单层剪切型框架结构为被控对象,进行了多种输入激励下基于位移反馈的主动增加时滞补偿试验验证。大量仿真分析和试验结果表明所提方法能够在保证系统稳定性的同时获得一定可观的控制效果。

研究生与导师和谐关系的内涵与构建

研究生与导师的和谐关系包括知识交易与知识合作关系、积极的道德关系、融洽的情感关系。研究生与导师和谐关系的构建对实现大学精神、培养创新型人才、提高研究生教育质量和加强学术道德都有着重要的意义。在实践中倡导"民主平等型"的师生观,确立教师在知识上的实质性权威,树立研究生自觉、自主的意识,创造科学健全的制度体系成为构建研究生与导师和谐关系的必然选择。

悬吊结构体系摆振响应测试及非线性误差修正

为解决悬吊结构多种模式摆振运动状态的量测问题,采用基于加速度测量原理的倾角传感器,通过理论分析建立了由传感器加速度信号提取平动运动模式下结构摆角增益系数的计算公式,解决了结构平动运动模式的量测问题,并且经过非线性误差修正后可以提高测量精度。对于结构转动(或回转)运动模式,类似于平动摆振运动控制系统在转动中由于质量振子的线性位移与结构摆角速度耦合影响而导致控制失效的问题,此时基于加速度原理的倾角传感器也将失效,而需要采用陀螺仪测量回转运动摆振角速度,再通过积分计算结构摆角。最后,对悬吊结构体系在两种运动模式下的摆振运动状态测量进行了试验验证,结果充分证明了本文所提方法的有效性和可行性。此外,针对悬吊结构复杂的多模式平转耦联摆振状态测量,提出需要将倾角传感器与陀螺仪相结合的监测策略。

基于θ-D方法的欠驱动TORA系统非线性最优控制

针对TORA(Translational oscillator with rotating actuator)系统的镇定控制问题,提出一种基于θ-D方法的非线性最优控制方案.应用拉格朗日方程建立TORA系统的数学模型,为保证状态空间形式的TORA系统数学模型中状态向量系数矩阵A(x)能够分离出常值矩阵,且其能与控制位置矩阵构成可控对,采用不同于传统形式的解耦坐标变换对TORA系统进行了处理,以此为基础为TORA系统设计基于θ-D方法的非线性最优控制器,该控制方案可离线得到控制输入的显示表达式.通过数值仿真以及与基于局部线性化的线性最优控制方案进行比较,验证了所提非线性最优控制方案所具有的良好瞬态性能.

建筑设备自动化课程教学方法探讨

建筑设备自动化是建筑环境与能源应用工程专业的主干课程之一。该课程内容较繁杂,对此,文章提出该课程教学的新方法和新思路。在课程体系的设置上,将教学内容合理地分解,对互相关联性很强的内容分出层次;采用互动式教学方法,使学生能主动参与到教学过程中;将理论与实践紧密地结合起来,提高学生学习的积极性和创造性。

基于旋转激励作动器的工程振动控制

介绍了振动主动控制中旋转激励作动器的概念,分析了旋转激励作动器的特点。旋转激励作动器具有易集成、低功耗等优点,适用于工程应用,且随着旋转运动的引入能够解决传统直线作动器存在的行程受限问题。对基于旋转激励作动器的振动控制技术在航天、交通运输以及土木工程等不同领域的实验研究及工程应用进行了阐述。最后展望了关于旋转激励作动器的主要研究趋势,以及潜在的应用领域。

装配式人工消能塑性铰节点低周往复试验数值模拟研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对梁、柱构件震后损伤严重等问题,提出一种人工消能塑性铰(artificial dissipative plastic hinge,简称ADPH)装配式混凝土框架节点,人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加消能钢板连接的节点构造。使用ABAQUS软件对2组ADPH节点及1组RC节点在低周往复荷载下的试验进行数值模拟分析,分析结果表明:数值模拟得到的塑性应变、损伤位置、破坏模式、滞回曲线等结果与节点试验结果吻合较好,表明ADPH节点的有限元模拟方法是可行的,结果具有一定可靠性;引入ADPH节点的关键参数——屈服弯矩降低系数γ,通过10组不同附加钢板的ADPH节点的滞回往复试验模拟,对参数γ的取值进行分析研究,结果表γ近似取在0.75~0.85时,可使得ADPH节点有效控制塑性损伤发生在附加钢板上,并发挥附加钢板的耗能能力。

装配式人工消能塑性铰框架-摇摆墙抗震性能研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对震后梁、柱构件损伤严重等问题,提出一种基于人工塑性消能铰的装配式混凝土框架-摇摆墙结构。人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加耗能钢板连接的构造,基于该构造的框架结合底部铰接的剪力墙,形成人工消能塑性铰框架-摇摆墙结构。使用OpenSEES软件建立了人工消能塑性铰框架-摇摆墙模型及2组对比模型,选用24条天然地震波对3组结构模型进行双向地震响应分析,结果表明:人工消能塑性铰框架-摇摆墙结构可通过摇摆墙的构造,提升结构竖向连续刚度,使结构层间变形均匀,实现完全梁铰的理想屈服机制;在整体可控的变形模式下充分利用人工消能塑性铰滞回耗能,有效减小结构地震响应。

悬臂梁振动无线控制的时间延迟补偿研究

结构振动的无线控制具有广阔的应用前景,但其中的时间延迟显著降低了控制性能,是目前急需解决的问题。针对工程中普遍应用的典型结构——压电悬臂梁结构,设计了基于WiFi的无线传感器,搭建了一套无线传输传感和控制信号的无线控制系统,实现了悬臂梁振动的无线控制;采用基于有限差分和变量代换的时间延迟补偿方法,构造了时间延迟状态,对系统的状态方程进行了适当的扩展。仿真结果表明,该方法可以有效补偿无线控制中的时间延迟,显著改善无线控制的性能,甚至可以达到有线控制的效果。

基于模型预测控制的动力定位过驱动控制设计

半潜式平台动力定位系统仅能控制纵荡、横荡和艏摇的低频运动,而整个系统安装的推力器个数大于被控自由度个数,因此整个定位系统为过驱动系统。针对该系统,采用模型预测控制,将虚拟控制力计算和推力分配实现一体化设计。控制力由推力器推力显式表达,充分考虑了推力器物理性能,以推力器推力变化率为控制参数。设计中,首先利用当前运动状态预测环境扰动,通过最小二乘法实现环境扰动的初次分配,然后再进行标准模型预测控制,充分考虑了桨-桨干扰造成的推力损失问题,通过设置上下游推力器间推力夹角,有效地避免了推力损失。最后给出数值算例验证了该方法。

基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙结构地震易损性分析

为实现装配式RC框架结构损伤可控并提高其耗能能力,提出一种基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙(ADPH-RWF)结构,旨在通过摇摆墙提高结构竖向连续刚度,控制框架变形模式,充分发挥梁端人工消能塑性铰的耗能能力。采用OpenSEES软件建立了3个6层整楼有限元模型,进行了静力弹塑性分析及增量动力分析,基于分析结果研究该结构的地震易损性和抗倒塌性能。结果表明:相较RC框架,ADPH-RWF结构承载能力显著提高,层间变形更为均匀;当地震强度较小时,ADPH和ADPH-RWF结构与现浇RC框架易损性相近,而当地震强度较大时,ADPH结构和ADPH-RWF结构的易损性及抗倒塌能力显著强于RC框架。

悬臂梁结构串级无线预测控制算法研究及验证

应用无线方式对结构进行主动控制已经有了初步研究,并逐步取代传统的有线控制策略.无线方式不可避免地引入了延时,影响了系统稳定和控制效果,所以无线主动控制必须要解决延时问题.基于悬臂梁结构搭建了无线控制实验系统,采用PID和模型预测控制相结合的串级控制策略,增加了延时补偿算法,分别以无延时、信号采集端有延时、信号采集端及控制信号输出端都有延时3种工况,对悬臂梁无线控制系统进行了仿真与实验.仿真和实验结果表明,所建立的无线控制系统可以对模型结构实现控制,所运用的延时补偿策略能达到与有线控制相媲美的控制效果,对实际工程应用具有很好的借鉴作用.