MBC策略供需函数模型研究

总结并改进了基于市场机制的控制MBC(Market-Based Control)策略应用于建筑结构控制时所采用的供需S-D(Supply-Demand)函数模型;基于Lyapunov第二法确立了保证受控结构系统稳定的方法,提出了确定改进S-D函数模型中各参数值的"归一化"方法并给出了相应流程;结合安装有控制装置的建筑结构的仿真计算,分析了改进模型中参数的取值对系统控制效果的影响,同时验证了采用改进供需函数模型MBC策略的合理性及有效性。

应用MBC策略的MRD隔震结构半主动控制

磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper,MRD)与隔震垫组成的半主动隔震系统能有效地改善被动隔震系统的性能,消除隔震层因过大变形产生的不利影响。基于市场机制的控制(Market-Based Control,MBC)策略是一种利用自由经济市场来模拟控制系统,用销售商和消费者来代替能量源系统和受控系统,并应用市场中商品的供需规律来完成系统控制能量的分配,实现对受控系统有效控制的策略。本文将MBC策略应用于此种半主动隔震系统,提出了相应的控制策略,实现对MRD电压的实时有效控制。算例分析表明,采用此策略能充分利用MRD的变阻尼特性,使结构振动控制效果显著。

结构MBC策略的财富分配方法研究

总结了已有的基于市场机制控制(Market Based Control,MBC)策略中的财富分配方式。财富分配方式不同直接会影响MBC算法的控制效果,根据结构反应特点,提出了两种财富分配方式:以结构剪力为优化目标的线性财富分配和以结构位移为优化目标的模态财富分配。对一安装有控制装置的20层结构进行了数值分析,比较了这两种财富分配下的MBC控制算法,并与经典LQR算法的控制效果进行了对比。研究表明,提出的两种财富分配方式能有效的控制结构响应,并验证了其合理性。

输入饱和系统的结构MBC策略研究

对基于市场机制控制(Market-Based Control,MBC)系统中控制变量存在的饱和效应进行了研究。根据结构力学与状态空间理论的模拟关系,将塑性力学中的参变量变分原理、对偶互补关系以及相应的二次规划方法应用到控制系统中,提出了输入饱和系统的结构MBC策略。将提出的控制策略应用于一座20层钢框架结构,并与输入饱和系统的非线性最优控制进行了对比,来验证本文方法的优势。结果表明:当控制系统存在饱和状态时,采用本文提出的输入饱和系统的结构MBC策略比最优控制效果好;相比最优控制策略,MBC策略对结构的位移响应具有更好的控制效果,并且MBC策略对于结构上部加速度的控制效果要好于最优控制;MBC策略在整个时程中所消耗的时间比最优控制快,更适合应用于多维、高层结构。

基于拟力法的MBC非线性控制

在已有MBC理论基础上考虑结构的非线性变形问题,结合拟力法提出一种结构非线性分析新方法。以MBC控制策略为基础,以拟力法为结构非线性求解平台,解决了结构动力分析中计算时间长、求解速度慢、存储空间大等问题,实现了MBC策略在结构非线性控制领域的应用。以一个9层钢框加结构为算例比较了该方法与LQR算法的控制效果,验证了该方法的正确性和有效性。