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.

回转式振动控制装置参数优化设计

针对直线AMD行程受限的问题,引入“旋转”的概念,结合直线电磁AMD驱动方式,提出了电磁驱动的回转式振动控制装置(RVCD)。RVCD利用质量块在轨道上做回转运动为结构提供主动控制力,从而减小土木工程结构在服役过程中受到外界干扰时的振动响应。由拉格朗日方程,建立了结构和装置耦合系统的力学模型,通过无量纲化处理以及全局坐标变换,将其转化为一种简化的级联规范型系统,采用滑模控制算法设计了该非线性系统的控制器。通过仿真,验证了结构RVCD控制系统在参数存在不确定性和受到外界干扰时良好的控制效果和鲁棒性。同时仿真结果表明,该控制器的减振效果对装置物理参数的改变具有不敏感性,并能够有效解决直线AMD的行程问题。最后,针对滑模控制算法中多参数的取值问题,从AMD做负功的角度构造了目标函数,提出了一种基于粒子群算法的优化方法。优化后结果表明,RVCD能够有效承担输入到结构的能量,从而减轻结构自身的地震响应。