振动控制-主动、半主动

目 录

0．前 言 ....................................................................... 1

0．1 结构振动控制研究与应用概况 ................................................................................................... 1

1．结构振动主动控制、半主动控制 ................................................. 2

2．结构振动控制分类 ............................................................. 3

3．各类控制系统构造及性能 ....................................................... 4

3．1 结构振动主动控制概述 ............................................................................................................... 4

3．1．1 主动控制控制原理 ................................................................................................................. 5

3．1．2 加力方式及加力位置 ............................................................................................................. 7

3．1．3 控制装置 ................................................................................................................................. 8

3．2 结构振动半主动控制概述 ........................................................................................................... 8

4．结构振动主动控制、半主动控制算法 ............................................ 11

4．1 主动控制算法 ............................................................................................................................. 12

4．1．2 几种算法的简单介绍 ........................................................................................................... 13

4．2 半主动控制算法 ......................................................................................................................... 21

4．3 智能控制算法 ............................................................................................................................. 22

5．结构主动、半主动控制系统分析方法及设计方法 .................................. 24

5．1 主动控制系统的最优控制力设计与分析 ................................................................................. 25

5．1．1 主动控制系统的最优控制力设计 ....................................................................................... 25

5．1．2 主动最优控制力和受控反应特征分析 ............................................................................... 26

5．2 结构主动变阻尼和智能阻尼控制系统的最优控制力设计与分析 ......................................... 30

5．2．1半主动最优控制力设计 ........................................................................................................ 31

5．2．2系统反应分析 ........................................................................................................................ 36

5．3 结构主动变刚度控制系统的最优控制力设计与分析 ............................................................. 37

5．3．1主动变刚度最优控制力设计 ................................................................................................ 37

5．3．2系统反应分析 ........................................................................................................................ 40

6．结构振动主动控制、半主动控制系统的工程应用 .................................. 41

6．1 AMD控制系统的工程应用 .......................................................................................................... 41

6．2 结构主动变刚度控制系统的工程应用 ..................................................................................... 41

6．3 结构主动变阻尼控制系统的工程应用 ..................................................................................... 42

6．4 其他结构振动控制系统的工程应用 ......................................................................................... 42

7．研究展望 .................................................................... 43

7．1 结构振动主动控制、半主动控制的研究与发展方向 ............................................................. 43

7．2 结构振动控制的有待研究的问题 ............................................................................................. 43

8．结语 ........................................................................ 43

参考文献 ....................................................................... 44

主动控制、半主动控制综述

0．前 言

0．1 结构振动控制研究与应用概况

结构振动控制技术与传统的依靠结构自身强度、刚度和延性来抵抗地震作用的做法不同，

通过在结构中安装各种控制装置，从而达到减小结构地震反应、保障结构地震安全的目的。土木工程结构振动控制的研究和应用已有30余年的历史，其研究和应用大体上分为三个领域：基础隔震、被动耗能减振以及主动、半主动和智能控制。

20世纪70年代初，美国Kelly提出在结构中设置非结构构件的耗能元件——金属软钢屈服

耗能器，包括扭转梁、弯曲梁和U形钢器件等，分担和耗散本来由结构构件耗散的能量。20世纪50年代期间，日本Kobori提出了结构变刚度的减振概念。1972年，美国Yao结合现代控制理论，提出了土木工程结构振动控制的概念，开创了结构振动的主动控制研究新的里程。由于直接将能量转变为控制力的主动控制在土木工程中的应用遇到了很大的困难——需要很大的能量转变为控制力，人们不得不转向主动变刚度和变阻尼等机械调节式半主动控制装置。近年来，电/磁流变液体、压电材料、电/磁致伸缩材料和形状记忆材料等智能驱动材料的发展为土木工程结构的振动控制开辟了新的天地。采用智能驱动材料可以制作电（磁）或温度等调节的被动阻尼减振装置、主动控制的驱动装置和半主动控制的变阻尼装置，而且出力大、能耗小、反应迅速，将成为结构振动控制新一代的高性能减振驱动装置或变阻尼装置。例如，美国Load公司已经研制出能耗22W、最大出力达200kN的磁流变液阻尼器。这种装置固定磁场强度可以用作被动耗能减振的阻尼器，调节磁场强度可以用作半主动控制的变阻尼装置。

结构主动控制需要实时

测量结构反应或环境干扰，采

用现代控制理论的主动控制算法在精确的结构模型基础

上运算和决策最优控制力，最后作动器在很大的外部能量输入下实现最优控制力。在结

构反应观测基础上实现的主