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原文传递基于变阻尼混合质量阻尼器控制体系的结构减振分析及混合试验研究

论文题名：	基于变阻尼混合质量阻尼器控制体系的结构减振分析及混合试验研究
关键词：	振动控制;阻尼器;混合质量阻尼器;控制算法
摘要：	振动控制技术能够有效降低结构的动力响应和损伤，提高结构的抗振性能，是一种对于结构抗振减振及防灾减灾的积极方法。目前主流的HMD控制系统存在强风作用下控制力输出和质量块冲程过大的缺点。实现不降低控制效果，解决HMD控制系统的控制力输出和质量块的冲程过大的问题，需要对HMD控制系统进一步进行探究。本文基于直线电机驱动的HMD控制系统，在该系统构造上进行改进，用变阻尼单元替换其中的固定阻尼单元，构成VD-HMD控制系统。其次，对提出VD-HMD控制系统的进行仿真分析和试验，对该控制系统的有效性进行论证。最后，提出一种基于加速度模糊幂次趋近率的滑动模态控制算法，讨论不同算法的控制效果和鲁棒性能。主要研究内容和成果如下：　　（1）基于直线电机驱动的HMD控制系统，提出VD-HMD控制系统。根据VD-HMD控制系统建立了动力方程和状态方程，并以此为基础论述VD-HMD控制系统的减振机理。结果表明了VD-HMD控制系统中的AMD装置能够提供结构附加刚度和附加阻尼，使结构的瞬时频率发生变化，避免结构共振；同时系统中的变阻尼单元能够实现对结构的耗能。　　（2）以广州塔为算例，将其ANSYS模型简化为刚性质点串联的Matlab模型，并根据简化模型进行AR法的脉动风速生成和VD-HMD控制系统的建立。其次进行了降阶系统的仿真，对比分析VD-HMD控制系统的有效性。结果表明：VD-HMD控制系统不仅控制效果相较HMD控制系统有一定的提高，而且质量块冲程和控制力出均有降低；尤其AMD装置的控制力输出在十年风荷载下未饱和，满足控制的连续性。　　（3）对计算的可变控制力和变阻尼单元速度进行聚类拟合，以此进行被动变阻尼装置参数的设计。接着将设计的被动变阻尼装置作为VD-HMD的变阻尼单元，构成被动VD-HMD控制系统，并以此进行仿真分析。结果表明：被动VD-HMD控制系统的控制效果优于HMD控制系统，但相比VD-HMD有一定的降低；该控制系统的质量块冲程方面的控制最优，且十年风荷载下其最大控制力未达到限值。　　（4）对被动VD-HMD控制系统进行混合试验。首先对试验的子结构进行划分和相似比例设计，并利用Matlab/Simulink对整体结构模型和子结构模型进行仿真分析对比，验证了子结构划分和耦合的正确性。其次，将直线电机作为试验子结构，建立缩尺比例模型进行混合试验。最后，将试验结果与仿真结果对比，发现试验结构的响应与仿真稍有不同，但更能反应系统的实际控制情况。　　（5）设计了一种基于加速度模糊幂次趋近率的滑动模态控制算法，以被动VD-HMD控制系统为对象进行仿真分析。接着，通过对比H2/LQG算法下的被动VD-HMD控制系统的响应和动态性能，总结得出：模糊SMC控制算法的控制效果是更优异的；且在控制装置参数变化、结构参数扰动或传感器失效的情况下，模糊SMC控制系统的鲁棒性能更高。
作者：	叶东繁
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘彦辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2022