高层建筑结构模糊控制算法与试验研究

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振动控制作为一种全新、积极主动的土木工程结构振动响应控制方法,经过几十年的发展,已经成为结构减小地震和风振响应的一种非常有效的控制方法。基于主动质量阻尼(AMD)装置的主动控制作为建筑结构振动控制主要方法之一,具有控制效果好、作动器少、调谐范围宽等优点。主动控制算法通常要求建立精确的结构振动模型,而不需要精确的数学模型、调节简单、易于实现的模糊控制,成为目前结构振动控制研究的热点。  实际应用中,高层建筑主动控制采用全状态反馈会凸显出许多缺点。一方面,难以建立精确模型,导致控制效果不理想;另一方面,费用昂贵,工程实际应用遇到困难。若采用部分状态反馈来达到良好的控制效果,可减少工程造价,便于工程实际推广。  本文基于AMD装置的高层建筑结构进行模糊控制算法和试验研究。主要内容如下:  (1)根据相似关系,设计了1∶8十二层钢框架结构模型,为进行振动控制仿真分析以及振动台试验研究提供基础。  (2)考虑多输入影响,对顶层设置AMD装置的十二层钢框架模型进行振动控制仿真分析。在建筑结构AMD主动模糊控制的仿真分析和试验研究中,多数采用的都是提取顶层的位移和速度作为模糊输入。但对于高层建筑结构来说,上述方法的减震控制效果会有所降低。本文在考虑顶层位移和速度的基础上,还考虑了其他层对结构减震的贡献。基于FCM聚类算法,利用LQR控制算法得到的结构反应作为样本数据,提取模糊控制规则,并设计了模糊控制器。考虑多输入影响,对顶层设置AMD装置的十二层钢框架模型进行普通模糊控制、自适应模糊控制、自适应模糊滑模控制仿真分析,并与普通两输入进行了比较,结果表明多输入算法提高了控制效果。  (3)基于普通模糊控制算法,进行了12层钢框架模型结构的AMD主动控制模拟地震振动台试验研究。试验中以MTS系统通用配套软件为主动控制试验平台,利用MATLAB/Simulink建立模型结构的模糊控制系统,将其编入到dSPACE中,建立了适合多输入模糊控制的主动控制试验系统。对模型结构进行振动台试验研究,并与模糊控制仿真分析进行比较,验证了所提算法的有效性,为工程应用提供参考。
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