基于MR阻尼器的半主動結構控制的理論與試驗研究.pdf

1、磁流變(MR)阻尼器是一種典型的半主動控制裝置,具有構造簡單、響應速度快、阻尼力大且連續(xù)可調等優(yōu)點,在土木工程結構中的應用研究已經得到了國內外學者的廣泛關注.該論文系統(tǒng)地開展了基于MR阻尼器的半主動結構控制的理論與試驗研究,主要創(chuàng)新工作與成果包括以下幾個方面:(1)根據(jù)剪切與閥式兩種工作模式的特點,選用重慶儀器材料研究所研制生產的MRF-04K型磁流變液,設計并制作了一種剪切閥式的MR阻尼器,命名為MRF-04K阻尼器,長50cm,重約

2、50kg;通過在不同振幅、不同頻率的正弦激勵并施加不同的勵磁電流下,對MRF-04K阻尼器的動力性能進行了測試試驗,結果表明該阻尼器的最大阻尼力達到20kN,耗電功率小于50w;進一步提出了適合MRF-04K阻尼器的修正的Bouc-Wen滯回模型,模擬與誤差分析結果表明,該滯回模型能夠精確的描述MRF-04K阻尼器的滯回性能.(2)針對應用MRF-04K阻尼器的半主動控制系統(tǒng),提出了基于瞬時最優(yōu)控制(IOC)、經典線性最優(yōu)控制(COC)

3、和僅用加速度作為狀態(tài)反饋的線性二次高斯(LQG)算法的半主動控制律;進一步依據(jù)預測控制理論,提出了一種基于MR阻尼器且具有時滯自補償功能的半主動多步預測控制系統(tǒng);數(shù)值分析表明,MRF-04K阻尼器是一種性能卓越的半主動控制裝置,而且半主動控制系統(tǒng)能夠充分的利用MR阻尼器的性能,有效的減小結構的地震反應,取得良好的控制效果.(3)將基于MRF-04K阻尼器的半主動控制系統(tǒng)與基礎隔震相結合,建立了一種基于MRF-04K阻尼器的混合控制系統(tǒng),

4、仿真分析表明該混合控制系統(tǒng)不僅能夠大幅度地減小隔震層的水平側移,有效地保護隔震裝置,而且能夠有效的控制上部結構的層間位移與加速度反應,從而提高了隔震建筑的抗震性能和可靠性.(4)應用MRF-04K阻尼器,在三種不同地震波激勵下,分別針對基于IOC算法、COC算法和LQG算法的三種半主動控制系統(tǒng)以及恒定勵磁電流為0A和2.0A的兩種被動控制系統(tǒng),對一三層鋼框架模型進行了地震模擬振動臺試驗.試驗結果表明,基于MRF-04K阻尼器的控制系統(tǒng)非