被動控制器優(yōu)化設(shè)計方法研究.pdf

1、中國是一個多震害國家，長期的地震災(zāi)害給我國造成了巨大的損失。建筑結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減震已愈來愈受到人們的重視，結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)也隨之飛速發(fā)展，主動和被動控制技術(shù)研究都已成為當前研究熱點。其中被動控制不需要外部能源、技術(shù)簡單、造價低、性能可靠，因此廣泛應(yīng)用于實際結(jié)構(gòu)，被動控制方法的研究顯得尤其重要。本文以平面框架結(jié)構(gòu)模型和三維實體結(jié)構(gòu)模型為研究對象，基于能量的觀點，從被動控制器參數(shù)優(yōu)化和安裝數(shù)目及位置優(yōu)化兩個方面出發(fā)，對被動控制器控制結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

2、的優(yōu)化設(shè)計方法進行了研究，并分析了控制結(jié)果對安裝次結(jié)構(gòu)的樓層反應(yīng)譜的影響。文中主要內(nèi)容如下： (1)建立了平面框架結(jié)構(gòu)體系的動力學(xué)模型，研究了三種被動控制器(包括彈性及阻尼元件)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計方法，即在時域內(nèi)基于LQR理論和矩陣初等變換時運用最小二乘法優(yōu)化方法、在頻域內(nèi)的等效最優(yōu)控制方法和在頻域內(nèi)以體系的能量指標J為目標函數(shù)時的遺傳算法優(yōu)化方法；對于每種參數(shù)優(yōu)化方法，再基于結(jié)構(gòu)在頻域內(nèi)的響應(yīng)，從能量的角度出發(fā)，運用與時域相對應(yīng)的

3、控制器性能指標△J對被動控制器的數(shù)目和安裝數(shù)目及位置進行優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計后建立了安裝次結(jié)構(gòu)時平面框架結(jié)構(gòu)體系的動力學(xué)模型，研究了控制器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計結(jié)果對樓層反應(yīng)譜的影響。算例表明，以能量指標J為目標函數(shù)時的遺傳算法參數(shù)優(yōu)化方法得到的控制效果較好；加速度樓層反應(yīng)譜能夠直觀可靠的反應(yīng)結(jié)構(gòu)控制效果。 (2)建立了三維實體結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型，在以體系的能量指標J為目標函數(shù)時的遺傳算法優(yōu)化方法前提下，討論了逐個優(yōu)化和逐層優(yōu)化阻尼器參數(shù)兩種方法

4、。逐個優(yōu)化時，對單個阻尼器單獨布置在結(jié)構(gòu)某一榀框架時對阻尼器的參數(shù)進行優(yōu)化，然后建立了安裝有次結(jié)構(gòu)時三維實體結(jié)構(gòu)體系的動力學(xué)模型，根據(jù)各阻尼器對結(jié)構(gòu)頂層安裝次結(jié)構(gòu)時的加速度反應(yīng)譜的控制效果對阻尼器的數(shù)目和安裝位置進行優(yōu)化。逐層優(yōu)化時，對一組阻尼器按樓層同時布置在某層各榀框架時阻尼器的參數(shù)進行優(yōu)化，此時阻尼器的數(shù)目和安裝位置優(yōu)化按控制器的性能指標AJ為依據(jù)進行。算例對比了逐個優(yōu)化、逐層優(yōu)化的遺傳算法和復(fù)形調(diào)優(yōu)法三者的控制效果，驗證了兩種優(yōu)