基于加性误差模型的实时混合试验自适应时滞补偿方法

实时混合试验是评估结构动力性能的有效方法,但由传递系统和物理试件的动力特性,以及二者之间的相互作用引起的时变时滞严重影响其精度和稳定性。针对此问题,提出一种基于加性误差模型的自适应补偿方法。该方法将传递系统和物理试件所组成的系统分解为名义模型和加性误差模型,以名义模型的逆作为前馈控制器消除系统大部分时滞,并基于加性误差模型设计自适应补偿器进一步消除残余时滞。研究表明,所提方法可有效提高实时混合试验的模拟精度,显著降低时滞补偿器对自适应律的依赖性,表现出较强的鲁棒性。

应用Python-GPU求解的实时混合试验方法研究

提出了基于Python和图形处理器(GPU)数值求解的实时混合试验系统。将土-结相互作用系统作为试验模型,使用Python-GPU代替CPU数值求解,对提出的实时混合试验系统进行了仿真与试验验证。研究结果表明,使用Python-GPU对无条件稳定算法求解,积分步长20 ms时GPU实时求解模型自由度超过24000,是同一台计算机CPU求解规模的7倍左右,提升了实时混合试验的试验能力。

固定式海上风力机实时混合试验加载方式研究

在传统的海上风力机模型试验中,湍流风载荷在实验室中复现困难,实验室场地的空间限制无法进行大型海上风力机模型试验,上部风力机与下部平台存在的缩尺矛盾也无法深入研究海上风力机全耦合作用机理.随着计算能力的提升、数值积分算法以及控制等关键问题研究取得突破,上述矛盾可由实时混合试验方法解决.本文以美国国家可再生能源实验室(NREL)5 MW固定式海上风力机为研究对象,按照1∶90进行缩尺,制作物理子结构模型,开发AeroDyn程序作为数值子结构,添加UDP/IP通信机制作为数据采集与传输方式,以推杆式作动器为加载装置,搭建了完整的实时混合试验系统,进行无海浪工况下的固定式海上风力机实时混合模型试验.将试验结果与FAST软件结果进行对比分析,结果吻合良好,说明了实时混合模型试验方法的可行性.研究结果为海上风力机实时混合模型试验技术的进一步发展提供了参考,为海上风力机结构设计与安全运行提供技术支撑.

基于OpenSees的实时混合模拟试验技术的研究进展

实时混合模拟试验技术既可以控制实验成本与规模,又可保证试验数据的准确性,在地震工程中具有良好的发展前景。其中,OpenSees软件具有灵活高效、材料全面等优势,被广泛作为实时混合模拟试验的数值子结构分析平台。首先,探讨了实时混合模拟试验技术发展历程,梳理了国内外发展重要时间节点;其次,对实时混合模拟理论基础,即实时演算的迭代积分算法的分类与作用进行阐述说明;然后,探究以OpenSees软件为数值子结构模拟分析平台,通过OpenFresco搭载TCP/IP协议实现数值子结构与物理子结构数据交互的混合模拟试验,并依次介绍了国内外重要研究进展;最后,归纳了当前实时混合模拟试验在数值计算与伺服作动器加载方法中存在的问题,并总结现有的实验精度补偿方法。

实时混合试验的自适应时滞补偿方法

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。

实时混合试验方法研究与应用综述

抗震试验方法的探讨一直是结构抗震研究的关键。混合试验是研究结构抗震性能的新兴的试验方法。相对其他抗震试验方法和数值模拟方法,混合试验综合两种方法的优势,目前已得到相当关注。本文总结归纳了当前混合抗震试验的研究应用现状,对混合试验原理、积分方式、保证精度的主要因素等方面进行了归纳和讨论。通过归纳整理,指出了混合试验的的特点和应用关键。

磁流变阻尼器的自适应时滞补偿实时混合试验

时滞及补偿问题是实时混合试验的核心问题。在磁流变阻尼器的实时混合试验系统中,磁流变阻尼器的强非线性导致加载系统时滞波动,适用于定时滞系统的常规时滞补偿方法的补偿效果不够理想。针对此类问题,采用基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法开展实时混合试验。阐述了该方法的原理,并通过磁流变阻尼器实时混合试验的数值模拟及真实试验验证了方法的有效性。

实时子结构混合试验中的Chang方法研究

在传统显式Chang方法的基础上考虑试验子结构的质量影响,在作动器的常加速度假定和不考虑时滞影响的前提下,对作动器的位移进行中心差分得到作动器的加速度显式表达;认为作动器的加速度即为试验子结构的加速度,通过纯惯性试验子结构的实时子结构试验仿真对算法稳定性进行分析,发现当试验子结构的质量小于等于数值子结构的质量时,该方法的稳定性良好;在线性动力试验子结构中分析了试验子结构的质量、刚度、阻尼对算法稳定性的影响,发现该方法的稳定性同条件下优于修正的中心差分法。最后进行了地震作用下的仿真分析,表明该方法具有良好的精度。

高速铁路车-轨-桥耦合系统实时混合试验的高效计算方法

高速铁路系统实时混合试验中列车运行速度快,需要建立足够长的桥,且必须采用精细化的车-轨-桥耦合数值模型,因此对数值计算的精度和效率都有很高的要求。同时,实时混合试验对实时性要求较高,每一步都需要在极短时间内完成,进一步增加了问题的难度。有鉴于此,文中提出了一种新型计算方法——移动荷载积分法,在试验前对桥梁数值子结构计算所需要的数据进行存储,实际计算时对每一时步对应的数据进行抽取和计算,得到当前时步的位移响应。文中还结合弹塑性数值子结构方法将该方法拓展到局部非线性情况,然后通过缩尺高速铁路振动台实时混合试验,系统地验证了该方法的可行性与可靠性。

实时混合模拟试验时域指标的比较分析

实时混合模拟是近年来发展起来的一种新型抗震试验方法,但目前对其试验效果尚未有公认的评价指标。采用作动器、阻尼器和反力装置构成实时混合模拟试验系统,通过对作动器输入已知的正弦波和随机波,对常用的四种时域指标(即最大轨迹误差、轨迹均方根误差、能量误差和轨迹指示误差)进行了检验和比较。分析结果表明,轨迹均方根误差、能量误差和根轨迹误差基本能够反映试验的系统误差,而最大轨迹误差对试验的随机误差更为敏感。

叠层天然橡胶支座抗震性能的实时混合试验研究

在地震期间,叠层天然橡胶支座(LNR支座)能够延长结构的周期,隔断地震能量向上部结构的传递,减小地震带来的不利影响。该文采用实时混合试验研究LNR支座的抗震性能。首先介绍了实时混合试验及其设备;然后研究了加载速率、竖向压应力和地震加速度峰值对LNR支座抗震性能的影响,试验结果表明加载速率对水平等效刚度和阻尼比有显著的影响。

基于模态等效法的地铁车站抗震虚拟实时混合试验研究

地铁车站结构抗震混合试验技术采用地层-结构模式研究结构的抗震性能,其中数值子结构的计算量大。本文在模态等效法虚拟混合试验架构的基础上,根据地铁车站结构受力特点进行子结构划分,提出了基于模态等效法的地铁车站结构抗震虚拟实时混合试验方法,并以实际工程为背景进行了虚拟试验,分析了地铁车站关键构件在地震过程中的响应。结果表明:混合试验结果与数值结果匹配较好,子结构划分技术合理。所提出的混合试验方法可为后续物理实时混合试验提供理论基础。

基于Simulink/嵌入Matlab函数模块的复杂实时混合试验

实时混合试验是在拟动力试验技术的基础上发展起来的新型混合试验技术。域间并行多步长分离积分算法因能解决该技术中多步长协调问题、能提高积分计算效率而在实时混合试验中具有较好的应用前景。探讨了采用Simulink/嵌入Matlab函数模块执行复杂实时混合试验的可行性,归纳了该方法的优点,完成了基于一种并行多步长分离积分算法的实时混合试验。研究表明,该方法便捷可靠,为复杂实时混合试验提供了有效建模工具。

隔震桥实时混合试验的稳定性和精确性分析

为研究隔震桥梁实时混合试验的稳定性和精确性,以加有摩擦摆和粘滞阻尼器的隔震桥的试验室比例模型为研究对象,以粘滞阻尼器为试验子结构,安装摩擦摆的隔震桥为数值子结构,进行实时混合试验,通过考虑摩擦摆的强非线性,理论分析了振幅误差和时滞误差对试验系统稳定性和精确性的影响,最后通过试验验证理论分析结果。理论分析和试验结果都表明,对于加有粘滞阻尼器的隔震桥系统,基于α法的数值积分的实时混合试验系统满足稳定性和精确性要求。具体而言,作动器振幅误差不会影响系统稳定性,仅仅相当于增加或减小系统的阻尼;而作动器时滞小于0.012 s时,系统是稳定的。该研究对于足尺隔震桥的实时混合试验具有相当的指导意义。

基于近完全时滞补偿的隐式实时混合试验方法

实时混合试验是一种新型结构抗震混合试验方法。隐式逐步积分算法虽然具有稳定性好的特点,但在实时混合试验中实施困难。在分析两种多自由度隐式实时混合试验方法的基础上,结合近完全时滞补偿方法,提出了一种新型隐式实时混合试验方法,并分析了该方法的性能。数值模拟表明,该方法具有较高的收敛速度和计算精度,能够同时考虑时滞补偿,能满足自由度数目较多的多自由度结构实时混合试验的要求。

考虑物理加载时滞的力修正迭代混合试验方法

为了提高传统迭代混合试验的收敛效率,提出考虑物理加载时滞的力修正迭代混合试验方法。该方法将数值子结构与试验子结构两部分进行全时程数据交互,其中包括时程内计算与加载的内环控制和时程间外环的迭代收敛控制。在时程内环通过力修正策略对运动方程数值积分中的试验子结构反力进行修正,同时结合三阶多项式外插方法对物理加载位移命令进行时滞补偿。在时程外环结合不动点迭代算法,建立外环迭代收敛控制器,以减小相邻两轮次之间的位移响应误差。以三层框架黏滞阻尼器减震结构为例,通过数值模拟对力修正策略进行了验证,进一步分析了加载时滞大小对迭代收敛性的影响。结果表明:力修正策略能有效提高迭代收敛效率,同时试验子结构反力修正精度越高收敛效率越高;物理加载时滞对迭代收敛性影响显著,时滞补偿能有效提高迭代收敛性。

基于内环H_∞控制的实时混合试验

实时混合试验将结构的关键部位作为试验子结构进行试验,而其余部分作为数值子结构在计算机中模拟,并通过作动器或振动台对试验子结构进行加载来实现二者边界条件的协调。由于作动器-试件系统复杂的非线性动力特性,传统的PID控制器性能受到一定影响,必须采用时滞补偿方法或外环控制消除作动器-试件系统的非线性动力特性影响,才能保证实时混合试验的成功。为在作动器内环消除作动器-试件系统非线性动力特性的影响,采用基于混合灵敏度的H_∞控制理论设计实时混合试验作动器内环控制器,并研究了这种方法的可行性。数值仿真表明,H_∞控制器表现出较好的跟踪性能并具有一定的鲁棒性;单自由度线弹性结构实时混合试验证明了该方法在作动器内环控制上的可行性。

磁流变阻尼器的半主动控制及实时混合模拟试验研究

磁流变阻尼器作为一种比较典型的半主动控制元件,具有构造简单、响应速度快、耐久性好、阻尼力大且连续可调等优点。即使地震中能源中断,磁流变阻尼器仍可以作为被动耗能装置继续工作发挥作用,可靠性高。设计合理有效的磁流变阻尼器半主动控制方法,对于整体结构的减震效果尤其重要。提出一种改进的磁流变阻尼器的半主动控制策略-改进的Bang-Bang控制策略,对装有磁流变阻尼器的减震控制3层框架结构进行了一系列的实时混合模拟试验,对多种半主动控制方法下的振动控制效果进行试验分析。试验结果表明:磁流变阻尼器对框架结构的减震效果显著,并验证了提出的磁流变阻尼器半主动控制策略的有效性。

实时混合试验的自适应线性二次高斯时滞补偿方法研究

时滞补偿是实时混合试验(RTHS)成功非常关键的环节,传统时滞补偿方法主要针对建筑结构实时混合试验设计,主要关注低频的时滞补偿能力,但航空、交通等领域的结构频率较高,甚至超过10 Hz,高频信号对结构响应的影响不可忽略,较高的结构频率要求更小的时滞保证稳定性,对其进行实时混合试验需要在较宽频带上实现时滞补偿。该文提出了自适应线性二次高斯算法(ALQG)提高对高频信号的时滞补偿能力和稳定性。采用不同轨道梁截面刚度参数的桥梁作为数值子结构进行实时混合试验,检验ALQG算法在车桥耦合系统RTHS中时滞补偿的有效性和稳定性,并与采用ATS的结果进行比较。试验结果表明:ALQG算法能够较好补偿RTHS中的高频信号,补偿效果优于ATS算法。

建筑抗震实时混合试验时滞补偿方法研究综述

时滞补偿是建筑抗震实时混合试验的重要问题。文章对时滞补偿方法的研究进行总结,将时滞补偿方法分为基于时间的位移预测时滞补偿方法、基于反馈力的位移预测时滞补偿方法、基于加载系统模型求逆的时滞补偿方法、基于控制理论的时滞补偿方法和基于集成理念的综合补偿方法。