PID(P为比例、I为积分、D为微分)控制器虽然在实际控制工程中的应用占比达到了80%以上,但是也存在一些缺点。韩京清研究员通过对PID控制器的不断优化和改进,发明出一种自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)技术,其控制效果远远优于PID控制技术,而且拥有优秀的适应性、智能性和广阔的应用前景。自抗扰控制技术不依赖于对象的精确模型,将被控对象中的内部扰动和外部的扰动合成控制对象所受的总和扰动,通过设计扩张状态观测器(Extended State Observer,ESO)对其进行预估和补偿,并在反应中合理引用非线性特性来提高系统的鲁棒性。目前ADRC己应用在飞行器控制、机器人控制、电机控制等领域的实际问题中,并且取得了良好的效果。本研究是基于自抗扰控制器对多层框架结构进行仿真模拟,利用ANSYS的动力分析特性和MATLAB强大的数值计算能力进行全过程的模拟分析,证明自抗扰控制技术在建筑结构振动控制中同样具有良好的控制效果,本文主要的研究内容是:(1)介绍了经典PID控制技术存在的优缺点,韩京清研究员通过对PID控制器进行改进和优化,设计出了具有自抗扰特性的控制器,并详细介绍自抗扰控制器的组成模块及各模块的作用原理,推导出各模块的控制算法;在主动控制过程中,分析出自抗扰控制器的各模块构成对于结构振动控制的影响。对自抗扰控制器的多变量解耦进行理论分析与论证,证明将自抗扰控制器运用到多自由度的结构体系中时具有一定的可行性,并为多层框架结构的模拟仿真提供理论支持。(2)由于自抗扰控制器在控制过程中存在参数较多,不易调节的问题,可以依据控制器设计的“分离性”原理,使用遗传算法对各模块的离散化参数进行优化整定。首先对扩张状态观测器进行整定,然后对非线性状态误差反馈(NonLinear State Error Feedback,NLSEF)进行参数整定。并依据整定后的参数,对三层和八层钢框架结构模型施加不同控制目标函数的地震波进行模拟仿真,仿真结果显示,自抗扰控制器对于结构振动拥有良好的控制性能。在考虑结构的振动位移和能量输入时,可以得到较好的控制效果;在不考虑控制能量大小的情况下,具有非常好的控制功效,但是其控制力却是考虑能量消耗目标函数的两倍左右。由于自抗扰控制技术只需测得点反馈的位移信息,具有不确定因素的抗扰特性和不依靠精准的数学模型的特点,因此该智能算法具有良好的应用前景。(3)本文所应用的自抗扰控制器,是通过ANSYS进行结构的动力分析与MAILAB强大的计算功能相结合,联合运行进行模拟仿真。运用ADRC控制算法进行主动控制,针对多层框架结构模型,设计串联多自由度时的无控控制,NLPID(非线性比例、积分、微分)控制与自抗扰控制,通过模拟得到多层框架结构应用不同的控制器在地震作用时的控制效果。利用Orgin软件进行数据的图像处理,可以明显看出ADRC控制算法以及NLPID控制算法在运用遗传算法整定优化后具有明显的控制效果,证明ADRC控制算法对于建筑结构抗震有卓越的效果。研究结果表明,考虑结构非线性特征,将自抗扰技术使用在建筑结构的振动控制中是完全可行的,并且能取得比较好的控制效果;MATLAB与ANSYS能够传递数据并行运行,两者结合起来可以扩展ANSYS的应用范围,完成结构ADRC控制的仿真。因此,可以将ADRC控制策略应用在建筑结构振动控制领域。