高层建筑风振主动控制的控制策略及设计方法研究

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高层建筑风振控制的主要目标是减小结构的加速度响应,提高居住舒适度.基于对高层建筑风振响应特点和控制器设计模型的分析,该文提出高层建筑风振主动控制的结构模态控制策略.结构模态控制策略选取结构各主导模态的(加速度)响应作为受控输出,符合风振响应由结构前几阶模态主导的特点;选取楼层的加速度响应作为观测输出,实现简单、成本低而且精度高;利用模态加权的技术权衡控制力对不同模态响应量的抑制程度,避免了对高阶模态即高阶频率响应的过分控制,使对各模态响应的抑制量与其对结构加速度响应的贡献量相一致;采用控制力加权考虑对作动器容量的物理需求.该文推广了状态降阶模型,并提出状态降阶-模态空间模型,为结构模态控制策略的实现奠定了基础.该文提出基于频域最优控制理论,采用结构模态控制策略进行控制器的设计,体现理论优化目标与控制目标相统一的设计思想.该文首先提出结构不确定性模型的定义方法,进而提出基于结构模态不确定性模型和状态降阶-模态空间模型,结构模态控制策略与鲁棒H<,∞> 控制理论相结合的鲁棒H<,∞>控制器设计方法.分析表明,采用该文提出方法设计的鲁棒H<,∞>控制器在控制性能和鲁棒性能方面均优于样本LQG控制器、 H<,2>和H<,∞>控制器算例,可以作为控制器设计的推荐方法用于高层建筑风振主动控制问题的解决.
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