基于力和位移混合控制的多自由度结构拟静力试验方法研究

多自由度结构拟静力试验中需对各自由度按照特定的力比例模式进行加载,因此力控制加载自然成为多自由度结构拟静力试验的选择。然而,结构进入倒塌阶段后承载力急剧下降,采用力控制加载的拟静力加载试验难以实施。为有效解决上述问题,提出一种适用于多自由度结构拟静力试验的力和位移混合控制方法。采用此混合控制试验方法既能够保持结构各自由度的受力符合特定的力比例关系,又可以保证在结构进入倒塌阶段后实施稳定的加载控制。基于MTS公司的Flex-Test IIm平台采用Visual BASIC语言开发了多自由度力和位移混合控制拟静力加载试验控制软件TMPTG,并进行了具体试验,验证了混合控制算法的有效性。

子结构试验的多自由度力-位移混合控制方法研究

现代结构试验通常抽取结构的一部分进行子结构拟静力或拟动力试验,同时对子结构边界进行近似处理,简化加载方案,以期在现有试验条件下满足大比例尺试验的需求。然而,这种方法应用于复杂构件时会带来较大的误差,特别是各向刚度差异很大的构件,由于各自由度之间的耦合效应,以及传统试验装置控制模式和精度的限制,难以实现轴向、剪切、弯曲以及扭转自由度之间的同步协调加载,加载误差严重影响了结构抗震性能评估试验的准确性。针对子结构试验中耦合多自由度同步协调加载问题,利用力-位移混合双闭环控制策略实现多自由度之间的解耦,采用鲁棒性PID控制方法,以减少多自由度同步协调加载过程中试件的材料非线性和加载装置的几何非线性带来的误差,提高子结构试验的精度。通过以某构件的子结构拟动力试验为例验证了所提出的力-位移混合控制方法的可行性和正确性。

基于力和位移混合控制的多自由度结构拟静力实验方法研究

多自由度结构拟静力实验中需对各自由度按照特定的力比例模式进行加载,因此力控制加载自然成为多自由度结构拟静力实验的选择。然而,结构进入倒塌阶段后承载力急剧下降,采用力控制加载的拟静力加载实验难以实施。为有效解决上述问题,本文提出了一种适用于多自由度结构拟静力实验的力和位移混合控制方法。采用此混合控制实验方法既能够保证结构各自由度的受力符合特定的力比例关系,又可以保证在结构进入倒塌阶段后实施稳定的加载控制。基于MTS公司的Flex-TestⅡm平台采用Visual Basic语言开发了多自由度力和位移混合控制拟静力加载实验控制软件TMPTG,并进行了具体实验验证了混合控制算法的有效性。

柔性多自由度力-位移混合控制在结构循环往复试验中的应用研究

如何模拟试验体在结构中受到的真实边界条件是决定结构试验结果正确性的关键问题,即在边界加载点上实现多自由度系统的命令的准确加载。土木工程结构(或构件)一般竖向刚度大,在重力荷载作用下各个自由度之间存在较强的耦合作用,采用传统方法多个作动器单独加载控制精度低,甚至会出现加载控制失稳的现象。针对这个问题,发展一种可以根据试验体和试验装置特点灵活选择控制点自由度和作动器的力或位移控制方式的混合控制方法,即柔性多自由度力-位移混合控制(FMFDC)策略,提出广义刚度矩阵来近似等效试验体的力-位移关系,并基于广义刚度矩阵设计力-位移转换系数矩阵,采用坐标转换雅可比矩阵将加载装置的几何非线性线性化,采用比例-积分-微分控制方法(PID控制方法)保证各自由度的稳态误差满足精度要求,最终实现多自由度协调加载。基于柔性多自由度力-位移混合控制方法分别建立了六自由度和平面内三自由度加载平台,以小型铁皮筒试验体和足尺钢柱的循环往复试验进行验证,试验结果验证了这种控制方法的可行性和适用性。

力-位移混合控制方法在大型多功能试验加载系统拟静力试验中的应用

为了满足结构试验试件尺寸越来越大、边界条件越来越复杂的需求,国内外多家高校和科研机构都开发了大型多功能试验加载系统,对试验系统的精确加载控制是保证试验顺利进行和取得准确试验结果的关键。通过介绍国内外现有的一些大型多功能试验加载系统,针对哈尔滨工业大学结构与抗震试验中心的大型多功能试验加载系统压剪拟静力试验的竖向加载控制方法展开研究;提出应用力-位移混合控制法实现竖向力加载控制,基于MTS控制系统给出具体实施方案,并通过试验对比传统力控制方法与基于力-位移混合控制法的控制效果。研究结果表明:传统力控制方法虽然能很好实现稳定的竖向力,但很难保证试件的压剪受力状态;而力-位移混合控制法不但可以精确实现轴向力的加载控制,还能确保试件的压剪受力状态;基于力-位移的混合控制法对于该类加载试验系统的竖向力加载控制具有通用性,在大比例尺柱、墙等试件的压剪试验中具有广阔的应用前景。

基于刚度和位移带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法

带可更换构件的RCS混合框架结构作为一种新型的可恢复功能结构,其抗震设计方法尚不明确。基于其结构受力特性及现行抗震规范中性能水准的划分,提出了正常使用、耗能构件可更换、主框架可修复、生命安全及防止倒塌等5个性能水准,明确了结构在不同性能水准下的受力状态和指标限值。将弹性刚度比和屈服位移比作为结构设计控制参数,提出了基于双参数的带可更换构件RCS混合框架结构抗震设计方法,并给出了抗震设计的具体实施步骤和构件截面设计方法。通过非线性静力分析及动力时程分析,对一幢3层带可更换构件的RCS混合框架结构进行抗震设计。分析结果表明:结构能满足预期的不同性能水准,所提抗震设计方法是有效性的。

大刚度结构力控制拟动力实验方法

由于受到拟动力实验加载系统和量测系统精度限制，对大刚度结构采用位移控制的拟动力实验方法已失效，本文提出了适用于大刚度结构的力控制拟动力试验方法，阐述了方法的原理与步骤，并用实验实例验证了该方法是可行的和可靠的。

一种新型混合转子结构无轴承电动机磁悬浮力的矢量控制

无轴承电机具有无机械磨损和噪声等优点,其转子旋转和悬浮的电磁转矩和磁悬浮力皆由电机本身产生。在对不同转子结构转矩和磁悬浮力进行有限元对比分析的基础上,该文提出了一种兼有永磁式和感应式转子共同优点的新型电机不仅能产生大的电磁转矩和磁悬浮力,而且提供了通过电流矢量定向实现悬浮力解耦控制的途径。基于数字信号处理器 DSP (TMS320C32)和复杂可编程逻辑芯片 CPLD(Xilinx),构建了混合转子无轴承电机的控制系统,实现了悬浮力矢量控制策略。试验结果表明该文所提出的新型无轴承电机的设计与控制策略是可行的。

型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构位移特征及控制

以结构刚度特征值λ和核心筒高宽比H/b为参数,对型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体混合结构参数化模型进行了静力非线性分析.在22组计算结果统计分析的基础上,对混合结构的变形特征、位移控制、位移随地震作用变化规律以及罕遇地震作用下弹塑性位移估计等问题进行了研究.研究结果表明,混合结构抗侧力构件的塑性发展主要集中在结构底部几层,最大层间位移角的控制主要集中在平均0.67倍结构高度位置,大震最大层间位移角和最大有害层间位移角可分别取小震时相应数值的4.5、5.5倍进行位移估计.

高层混合结构中楼盖刚度对结构受力性能的影响分析

通过楼板将两种变形特性完全不同的结构体系连接而成混合结构,在受力性能上与框架结构、筒体结构既具有一定的联系,又有本质的区别。本文以一30层外部为钢框架、内部为混凝土核心筒组成的混合结构为例,采用通用有限元程序SAP2000分别计算了钢框架结构、混凝土筒体结构及混合结构,比较了三种结构体系的受力性能;通过调整楼板型式和板厚,探讨了楼板刚度对混合结构受力性能的影响。结果表明,采用混合结构使得结构变形、内力沿高度方向趋于均匀,受力性能得以改善;采用梁板体系能有效地减轻剪力滞后;随着楼板刚度的增加,结构高阶自振周期增大,侧移减少,层间剪力、楼层弯矩及总钢框架承担剪力、弯矩增加;而钢框架承担总剪力、弯矩百分比减少。

三自由度加载系统力-位移混合控制方法

目的研究一类考虑几何非线性的控制器设计问题,改善三自由度加载系统的加载控制效果.方法在传统不考虑耦合作用的外环位移反馈控制基础上,引入非线性变换和外环PI控制器,利用力-位移混合控制的策略实现对试件的精确加载控制.结果笔者提出的考虑耦合作用的力-位移混合控制方法通过合理设置外环PI控制器的比例参数和积分参数可保证控制系统稳定,且能够实现对试件水平位移、竖向力和转角的精确加载.结论该方法相比传统方法具有更好的加载控制精度,在三自由度加载控制试验中有广阔的应用前景.

漂浮基闭链双臂空间机器人抓持系统动力学及载荷力/位置混合控制的模糊变结构控制器设计

讨论了载体位置、姿态均不受控制的漂浮基双臂空间机器人抓物系统的动力学建模和控制问题.利用拉格朗日方法和牛顿欧拉法分别建立了双臂空间机器人及负载的非线性动力学模型,结合空间机器人固有的特性及闭合链约束关系,得到抓持系统合成动力学方程.以此为基础,考虑到空间机器人系统结构的复杂性及某些参数的变动性,根据具有较强鲁棒性的变结构控制理论,针对该抓持系统惯性空间轨迹跟踪设计了全局滑模控制方案及相应的PI内力控制方案,从而达到位置、力的混合控制.为克服滑模控制器抖振的缺点,附加设计了模糊控制器.根据系统的输出来动态调节滑模控制器的参数,从而既可确保系统的快速响应又可降底原有的抖振.系统数值仿真征明了上述控制方案的有效性与准确性.

结构刚度特征系数对砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构受力性能及位移特性的影响

根据砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构的受力特点,对不同结构刚度特征系数的组合结构进行了定性分析,同时,对组合结构进行非线性动力时程分析及静力非线性分析,进一步阐明了结构刚度特征系数对砌体墙—钢筋混凝土墙组合结构受力性能及位移特性的影响。

基于绳驱并联机器人系统刚度的力/位混合控制

对8绳6自由度绳驱并联机器人进行支撑刚度分析,基于刚度模型进行了力/位混合控制研究。首先,对绳驱并联机器人进行系统描述;接着,根据矢量封闭原理进行运动学分析,并对动平台进行受力分析,推导出静力平衡方程;然后,在操作空间通过刚度矩阵建立负载变化与位姿变化之间的关系,推导出支撑刚度的解析表达式,进而分析了影响支撑刚度的因素。另外,考虑系统刚度、动平台位姿精度和力控制稳定性等因素,综合出力/位混合控制器。仿真结果表明,在系统刚度基础上提出的力/位混合控制策略有效降低了动平台的位姿误差。最后,通过实验验证了刚度模型与力/位混合控制策略的准确性和有效性。

位移保护下力-控制拟动力试验方法的原理

本文提出了大刚度多自由度钢筋混凝土结构和砌体结构的拟动力试验技术新方法 ,即以力控制方式为基础的力 -位移混合控制方法。

结构拟静力加载实验方法及控制

论述了结构拟静力实验的加载规则和控制方法 ,根据目前的建筑抗震试验方法规程 ,采用力 位移混合控制的加载方法 ,基于WINDOWS NT平台和VisualC ++语言开发了拟静力加载实验控制软件TUST ,实现了力与位移控制模式的实时平滑转换。

张拉膜结构力密度法混合找形分析

论述了张拉膜结构力密度法混合找形的基本理论;所谓力密度法混合找形,即部分单元力密度控制,部分单元弹性控制;力密度控制采用线性求解,弹性控制采用非线性求解,通过迭代计算混合找形求出各结点的坐标值。据此编制了相应的计算软件;对工程实例进行了验算,结果表明,本文给出的计算结果与德国著名软件easy的计算结果相吻合。

外环位移控制与内环力控制拟动力试验方法

对于大刚度结构试验,采用传统的位移控制加载试验难以进行,为此提出了外环位移控制、内环力控制的混合控制加载方法。在结构上设置外接高精度位移传感器测量位移反应,并设计位移控制器实现结构位移的反馈控制,同时采用一个位移与力转换系数,把位移命令转换为力命令使得加载设备采用力控制加载模式工作。为了验证该方法的有效性,首先介绍该方法的原理,然后进行数值模拟与试验验证。数值模拟和试验结果都表明,当选用合理的控制器参数时,该方法具有非常好的稳定性和精度,要优于传统拟动力试验方法,并且可以实现小位移的精确加载和测量,试验结果更准确。同时该方法中的内环采用力控制要比采用位移控制得到的试验结果更精确。研究表明,该方法可以很好地完成大刚度结构的拟动力试验。

节点半刚性对钢框架结构内力和位移的影响

本文首先给出半刚性节点钢框架结构的分析方法,讨论用线性化节点分析模型的可行性。并结合算例分别讨论了节点半刚性对高层有支撑杆和无支撑杆钢框架结构内力和位移的影响。最后,结合文献[2]对有支撑杆和无支撑杆框架,分别给出了不用考虑节点半刚性影响的设计准则,以方便工程设计。

柔性底层结构的主动变刚度/阻尼抗震控制

提出了一种适用于柔性底层结构抗震控制的主动变刚度 /阻尼装置 ,建立了安装此装置的柔性底层结构的地震反应方程 .算例表明 ,该装置对柔性底层结构的地震反应有良好的控制作用 .此外 ,还讨论了该装置的刚度和阻尼对控制效果的影响 .