高层建筑被动混合控制的波动分析

本文提出了一种将基础隔震系统与调频质量阻尼器（ＴＭＤ）相结合的被动混合控制系统、计算了带有基础隔震系统，调频质量阻尼器（ＴＭＤ）及其混合控制系统的高层建筑在地面水平运动作用下的振动波及其功率流大小。文中比较了不同控制结构在１９４０ＥｌＣｅｎｔｒｏ地震动作用下的加速度峰值、层间位移峰值和最大层间剪力值。理论及数值结果表明：这种被动混合控制系统能够非常有效地抑制强地面运动作用下高层建筑的振动，它不仅大大地减小了地面运动输入到上部结构的振动功率流，而且明显地降低了基础隔震系统内部的振动功率流，从而保证了中高层基础隔震建筑物在强地面运动作用下既有较好的隔震效果，又有较强的稳定性和完整性。

穿堤管道主被动混合振动控制与分析

针对泵站机组运行引起的供排水穿堤管道振动问题,该研究提出一种磁流变阻尼器(magnetorheological damper,MRD)-谐调质量阻尼器(tune mass damper,TMD)有机融合(magnetorheological-tune mass damper,MRTMD)的主被动混合控制体系。利用基于线性二次型(linear quadratic regulator,LQR)最优控制算法,以结构响应加速度取最小为目标函数,优化得到主被动混合振动控制体系相关参数,以提高减振效率和稳定性。通过模拟泵站运行荷载与冲击荷载激励下的结构动力响应控制效果分析,探讨混合控制装置输出阻尼力的鲁棒性和减振效果。将MRTMD应用于穿堤管道工程,从时频域角度分析了所提出的主被动混合控制体系减振效率与有效减振频带范围,结果表明:MRTMD对结构振动耗能能力强,减振频带范围广,效果优于单一的TMD和MRD控制;针对穿堤管道结构振动响应的控制效果良好,加速度响应减振效率达到37.56%~38.07%,位移响应减振效率达到40.23%~41.38%;对机组主轴转动引起的转频、倍频等机械振动均可有效减弱,特别是对水流冲击、叶轮内形成的轴向漩涡造成的中低振动频率减振效果显著。该方法可为穿堤管道结构减振控制提供参考,保障穿堤管道结构安全运行。

负电容在主-被动混合压电振动控制中的应用

针对压电被动振动方法中分支电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高输入功率的问题,提出了一种基于负电容压电分支电路和小波变换自适应算法的振动主-被动混合控制策略.文中阐述了这种主-被动混合振动控制方法的原理,分析了被动控制效果、主动控制电压与负电容参数的关系.仿真和实验结果表明,这种主-被动混合振动控制方法能够有效抑制结构振动,其控制效果优于单独的主动控制或被动控制.

基于分支电路的主动-被动混合式结构振动控制

研究了压电智能结构振动控制问题。采用基于分支电路的主动-被动混合的控制方法对结构振动进行抑制,通过在控制器中设置主动电感使得分支电路的谐振频率在一定范围内可以连续调节,以适应激励频率的变化。给出了系统的模型及控制算法,并进行了仿真及实验研究。仿真及实验研究的结果表明该方法能有效地抑制结构振动,并且其鲁棒性明显好于F ilter-x算法。

事件触发机制下NNCS的主被动混合容错控制

考虑到具有时变时延的实际NCS的非线性特性以及执行器发生失效故障的随机性,研究了离散事件触发机制下NNCS主被动混合容错控制.首先通过T-S模糊模型建模,并利用并行分布补偿方案以及构造Lyaounov-Krasovskii泛函等方法,基于H∞控制思想,设计了故障检测观测器,以实现对故障的在线检测;然后通过离线设计的被动容错控制器确保在已知故障发生时系统保持稳定,在未知故障发生初期,能减缓系统性能下降的速度,并通过重构控制器来补偿未知故障对系统的影响;最后通过一个仿真算例验证了离散事件触发方式对网络资源的节约性以及所采用方法的有效性.

不同频域地震动下混合被动控制体系的减隔震效果

以高层框架结构为对象,提出一种结合分段隔震和相邻建筑物连接阻尼器耗能的新型混合被动控制体系,能有效应对宽频地面运动,具有较高的鲁棒性和冗余度.通过对同一高层建筑结构分别采用无隔震形式、分段隔震形式和混合被动控制形式进行数值模拟,考察短周期波、含滑冲效应脉冲波和长周期波作用下分段隔震体系和混合被动控制体系的减隔震效果.研究表明,短周期波作用下分段隔震体系控制效果较好,但在含滑冲效应脉冲波和长周期波作用下分段隔震效果不佳,基础隔震层和中间隔震层的位移较大,存在超出支座位移限值的可能,而采用混合被动控制体系能有效减小隔震层的位移,显著提高结构减隔震效果,且当中间隔震层设置在结构中部时混合被动控制体系的减隔震效果较好.

中间隔震层位置变化对混合被动控制体系控制效果影响的试验研究

提出了一种分段隔震结构与相邻结构连接耗能的新型混合被动控制体系。与单一的减隔震体系相比,这种新体系将隔震与阻尼器耗能结合在一起,对不同频域地震动具有较强的鲁棒性。通过振动台试验输入不同频域的地震动,研究了分段隔震结构中间隔震层位置变化对隔震效果的影响。最后将有限元数值模拟与试验结果进行了对比。研究表明:长周期地震波对隔震结构的位移、加速度的影响相较于其他频域地震动更为显著,会使隔震支座超限的可能性增大;中间隔震层位于结构竖向靠中部位置时结构整体动力响应最小;混合被动控制体系可以有效解决高层减隔震结构目前所存在的位移超限、结构整体倾覆等问题,对不同频域地震波激励下的结构响应均有更为优越的控制效果。

应用SMA控制空间结构地震响应振动台试验研究

形状记忆合金是一种具有多种特性的新兴功能材料,本文针对地震作用下空间结构的主要受力和变形特点,基于形状记忆合金独特的超弹性和形状记忆效应等,研发了形状记忆合金被动控制、主/被动混合控制系统,将其集成于空间结构模型中,并进行了相应的模拟地震振动台试验和分析。研究结果表明,对空间结构模型施加不同幅值的地震波,混合方案的控制效果明显优于优化方案和随机方案,加速度和层间位移明显减小,提高了空间结构的整体抗震性能。

用于直升机舱内降噪的智能周期撑杆研究

直升机主减速器内的齿轮啮合引起的中高频振动是直升机舱内噪声的主要来源之一,通过设计具有隔振性能的减速器撑杆可以有效抑制传递到机体的振动,进而减小齿轮啮合诱发的舱内噪声。基于压电叠堆/橡胶周期结构,提出了一种适用于直升机舱内降噪的主动/被动混合振动控制的智能周期撑杆,在满足强度与刚度要求的同时,具有优良的多频与宽频减振能力。压电叠堆与橡胶材料周期排列组成周期结构,其在特定频率范围内具有“机械滤波”特性;同时,通过调节驱动压电叠堆的电压与电流,改变压电叠堆的动刚度,可实现主动减振的功能。为了对智能周期撑杆的主动/被动混合振动控制性能进行分析,建立了基于传递矩阵形式的智能周期撑杆的机电耦合动力学模型,并使用多物理场仿真软件验证了模型的正确性。进一步基于该模型分析了在驱动电压与电流有限的条件下的智能周期撑杆的最优隔振性能:在智能周期撑杆一端固支、一端受到10N的激振力时,最大驱动电压为20V、最大驱动电流为1A的电学边界限制下,该智能周期撑杆具有将692Hz以上的振动完全衰减的能力,对692Hz以下的振动有一定程度的控制效果。此外,还研究了材料参数与力学边界条件对主动控制的影响,即橡胶材料的阻尼、激振力对进行主动控制时需要的驱动电压与电流的影响。使用有限元模型校核了智能周期撑杆的强度与刚度,验证了所提出的智能周期撑杆方案的工程可行性。使用压电叠堆作动器与聚酯乙烯杆件组成一个三周期的压电叠堆周期撑杆作为智能周期撑杆的简化模型,验证了主动/被动混合振动控制性能,分析了力学边界条件对隔振性能的影响,以及进行主动控制时的驱动电压和电流与最优驱动电压和电流的关系。

NNCS混合容错控制方法

针对执行器任意失效故障,研究离散事件触发通讯机制下不确定NNCS主被动混合鲁棒H_∞容错控制器设计问题,该控制器对外界有限能量扰动具有良好的抑制性能.首先,基于T-S模糊模型,建立离散事件触发通讯机制下不确定NNCS闭环故障模型;然后,基于H_∞控制思想设计故障检测观测器并得到不确定NNCS鲁棒H_∞容错控制设计准则;最后,通过Matlab仿真算例验证所设计的控制律对系统性能的改善以及事件触发条件的引入对网络资源的节约.