考虑作动器优化布置的结构地震响应模糊控制

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地震是人类社会面临的主要自然灾害之一,如何提高建筑结构的抗震性能,以减小地震给人类社会造成的损失,是全世界人民共同需要解决的问题。新的结构振动控制理论的不断提出为提高结构的抗震性能提供了新的方法,这些新方法被证明可有效地提高结构的抗震性能。因此,研究结构地震响应控制并改进振动控制理论,对提高结构的抗震性能具有重要意义。对结构进行振动控制时,出于经济角度考虑,只在结构的部分楼层上布置作动器,这使得作动器布置方案繁多,难以获取最佳的作动器布置位置,且作动器布置位置对结构振动控制效果有显著影响,需对作动器的优化布置问题进行研究。结构在遭受地震作用时,结构参数往往会发生变化,使得依赖于具体结构参数的经典控制算法难以适用。模糊控制不依赖于具体的结构参数,可根据结构响应决策出控制力,非常适用于结构地震响应控制。但是,在模糊控制设计时,隶属函数和控制规则的选取依赖于人的经验,难以获得最佳的控制效果。针对上述问题,本文展开了以下研究工作:(1)基于单阶模态应变能准则布置的作动器,仅对结构某一阶模态的振动取得很好的控制效果,针对这一不足,本文考虑了不同阶模态的影响,提出基于综合模态应变能的作动器优化布置准则,将其应用于Benchmark模型的作动器优化布置中。(2)基于Benchmark模型,分析了结构模态应变能的分布规律,并从能量角度分析了作动器数量与控制效果之间的关系,对作动器数量进行优化,减少振动控制所需的作动器数目。(3)针对模糊控制隶属函数和控制规则选取存在的不足,本文将模糊控制与遗传算法相结合,提出将结构位移响应均方值和加速度响应均方值相组合的模糊控制优化准则,利用遗传算法对模糊控制的隶属函数和控制规则进行优化。(4)根据作动器优化布置结果以及模糊控制优化结果,分别以4种地震波作为输入,进行了结构地震响应模糊控制仿真分析,研究模糊控制对结构地震响应的控制效果,并验证本文所提出的模糊控制优化准则的有效性。结构地震响应控制仿真结果表明:根据本文提出的作动器优化布置准则优化布置的作动器,能取得比未优化布置作动器更好的控制效果,证明本文提出的基于综合模态应变能的作动器优化布置准则是有效的;根据本文提出的模糊控制优化准则,利用遗传算法优化的模糊控制,在不同的地震波输入下,均能有效地减小结构地震响应,且能取得比未优化模糊控制更好的控制效果,表明本文所提出的模糊控制优化准则是有效的。
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