结构振动控制多目标优化中的混合时滞效应

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高层建筑结构容易受到地震和强风的激励而产生振动,这会降低其舒适性和安全性。最初人们采用被动控制来抑制建筑结构的振动,然而,被动控制的控制效率低、适应性差,已经不能满足生产实践的需要。主动控制具有控制效果好、适应性强等优点。近年来,主动控制在结构振动控制中得到广泛应用。在主动控制中,由于信号的采集、控制信号的产生以及作动器施加控制力等都需要消耗时间,因此,时滞在主动控制中不可避免。研究表明时滞对主动控制的控制效果具有重要影响。本文研究结构振动控制中的多个时滞(混合时滞)对不同控制性能指标(多目标)的影响,阐述结构振动控制多目标优化中的混合时滞效应。加速度反馈控制和PD(比例-微分)反馈控制在实际工程中得到广泛的应用。本文考察在这两种反馈控制下含主动质量阻尼器的建筑结构的振动控制效果,重点研究其中的混合时滞对稳定时间和最大峰值两个性能指标的影响,阐述多目标优化中的混合时滞效应。首先,采用拉格朗日方程建立系统的动力学模型。其次,以被控系统的稳定时间和最大峰值作为两个控制性能目标,建立多目标优化模型。再次,基于遗传算法对多目标优化问题进行了求解,求得Pareto解集和Pareto前沿。最后,通过对比有时滞和无时滞时多目标优化问题的解,发现恰当的混合时滞可以同时缩短稳定时间和降低最大峰值,从而提高控制效果。在实际工程中,人们通常认为时滞会降低主动控制的控制效果,是不利因素。然而,本文的研究结果表明,适当的混合时滞可以提高结构振动主动控制的控制效果,成为有利因素。本文的研究成果充实了结构振动主动控制中的研究内容,为实际工程应用提供理论参考,具有潜在的应用价值。
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