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【摘 要】土木工程结构的抗震是长久以来的技术与和设计难题，而振动控制理论的出现与应用为解决这一问题提供了方向。尤其是模糊控制的提出与研究为多种振动控制技术的开发与应用提供了帮助。
【关键词】结构控制；模糊控制；模糊算法；遗传算法
1 结构振动的控制技术
以往土木工程的结构振动控制主要针对的是某种特定情况下的计算与分析，其分析的针对性较强但是计算的方法局限性较大。而从模糊控制的角度看，其不需要被控制对象具有精确的数学模型，具有更加广泛的适应性。在研究中模糊控制理论、自适应技术、计算机控制技术、工程结构理论相结合等方面相互结合，性的计算分析结果也具有一定的实用性。实践中采用理论分析、计算仿真、结果分析等措施与手段，可分析出无控制的情况下、有模糊控制器、增加因子自调整模糊控制器后结构产生的振动形态、强度、响应曲线等，以此形成一个相对特定的模糊控制算法，并以此适应结构设计。土木工程的结构模糊控制是一种新型的振动控制技术，利用模糊控制可以处理工程中诸多不确定的因素，其算法较为简单也可起到较好的控制作用，且工程造价低应用前景广泛。
所谓的结构控制起源于上个世纪的70年代，其目的是对振动加以控制，具体看就是对结构的动力反应与动力不稳定性等振动情况进行控制，使其在符合结构允许的强度范围。实践证明其可以降低结构自身的重量，改善结构的力学性能，提高结构所达到的承载能力与可靠程度。振动控制主要措施有消振、隔振、吸振、阻尼减振、控制结构优化、外部能源控制等。因此结构振动控制可以划分为主动被动控制、混合控制、半主动控制等。被动控制有隔振、吸振、阻尼措施等，其控制力主要来自控制装置随着结构仪器的振动变形，控制装置本身是被动的；主动控制则是依靠外部施加的能源对减震结构进行控制，其控制力控制装置安装某种控制策略完成对结构的控制；半主动控制是利用少量的外加能源进行控制，其控制力是因为控制装置本身的运动而产生的，但是在控制的过程中，控制装置能从外部施加的能源中主动调整本身的控制参数，从而获得相应的控制力完成控制；混合控制的技术就是将主动控制与被动控制的技术结合起来形成一种合成控制方式。
上面的四种振动控制方式中，被动的控制方式是较为经典的技术措施，是一种开环控制，目前仍然被广泛的应用。但是因为被动控制技术缺乏跟踪与自适应能力，一旦出现结构上承受的动力载荷超出了预计则控制的效果会大幅度降低甚至失效。主动控制的技术是一种现代技术，其应用现代技术输入动力和结构反映实现联机完成实时跟踪，在按照分析计算的结构对控制机制加以控制，实现自动调节，使得结构在地震中始终定位在安全状态下，避免损伤。半主动控制是土木工程结构振动控制的新兴课题，其依靠的是较小的外部能源输入从而改变整个土木结构振动情况，减小结构反映而不提供控制力。半主动控制的效果优于通常的被动控制，与主动控制效果相似，且机构简单，能耗相对低，容易控制。
2 结构控制的算法分析
结构振动的算法主要是针对主动控制而言。结构主动控制的计算方法源于近代的控制理论，但是这些理论在土木工程中的应用中会产生一些列的特定的问题，这些问题都是控制算法中需要解决的。从原理上看现代控制理论的控制算法可以大部分可以借鉴。但是土木工程的特殊性使得这些算法并不是都能直接应用，一些则需要进行特殊的处理。常用的控制算法包括了经典线性控制、瞬时最优控制、极点配置计算、独立空间控制、模糊控制等等。其中模糊控制算法的应用已经渐渐成结构振动控制的主要发展方向。
所谓模糊控制就是以模糊集合理论、模糊语言变量、模糊逻辑等为基础的计算方式。模糊控制不需要清除的了解对象数学模型，可以克服非线性所带来的负面影响，同时模糊控制对于变量参数问题适应性较强。模糊规则的归纳、规则库的建立可以从实际的控制经验中获得数据基础。以往因为人们对控制对象的认识是不完整的，因此模糊控制器在设计中会出现一些问题而影响控制的质量，而遗传算法的引入则改变了此种情况。近些年，遗传算法已经广泛的应用与土木工程结构的地震相应控制上。一些学者采用双枝竞赛测量的遗传算法优化了结构抗震控制其的模糊控制参数，并获得了成功，则显示了遗传算法在模糊控制其中多目标优化条件下的有效性。另外，学者采用遗传算法实现了对安装有阻尼器的智能隔震装置的模糊控制。也有学者对地震作用下钢结构模型完成了模糊控制。试验表明采用遗传算法作为模糊控制算法可以优化模糊控制器，并可以获得较好得到效果。我国的专家也利用小种群遗传算法优化了结构地震响应阻尼控制器。而国外学者也实现了阻尼器减小多自由度结构地震相应的模糊控制，并利用微观遗传算法解决了对模糊控制其器的调试。
3 （遗传）模糊控制算法的应用
基于遗传算法的模糊控制器设计与应用是目前模糊控制的应用形式的一种。运用遗传算法建立起来的相应机制，对地震机理信号的处理、阻尼其控制电流之间的模糊规则成为了模糊控制的核心思路。为了研究的方便与简单化，模糊逻辑控制器已经在隶属度函数的确定条件下保持不变。下面就多MR阻尼遗传模糊算法的应用进行举例说明。
算例：某土木工程为6层锚索结构模型，结构的1-6层质量都为相同的重量，低1-6层的刚度设计也为相同参数，其层高也为相同。前三阶段的阻尼比与固有的频率经过测算可以得出，此时按照单MR的模糊算法进行处理，步骤为：利用二进制编码；确定适应度函数；遗传算子分析；群体规模选择；初始化种群。这样就确定了阻尼器参数。多MR阻尼所得到的结果仅仅是编码长度产生了改变，向对于的规则也依据表1来进行。
表1 多阻尼器模糊规则表
4 结束语
结构振动的控制是一门新兴的学科，其设计的控制理论、计算机技术、控制算法等都是最前沿的技术成果，其应用可有效的降低结构在地震作用中的反应与损害，有效的提高了土木工程结构的抗震性能。其控制算法也呈现出多元化，随着土木工程结构的模糊控制算法引入了遗传算法后，试验证明对于模糊控制器阻尼效果是令人满意的，其半控制效果也达到了最佳效果。
参考文献：
[1]陈水生,李锦华.磁流变阻尼器对建筑结构地震响应半主动控制分析[J].铁道工程学报,2007,(09)
[2]汪权,王建国.建筑结构地震响应半主动控制的遗传-模糊算法[J].地震工程与工程振动,2010,(06)
[3]邓众举.建筑结构基于振动控制的模糊算法分析[J].西安工业大学学报,2010, (01)
【关键词】结构控制；模糊控制；模糊算法；遗传算法
1 结构振动的控制技术
以往土木工程的结构振动控制主要针对的是某种特定情况下的计算与分析，其分析的针对性较强但是计算的方法局限性较大。而从模糊控制的角度看，其不需要被控制对象具有精确的数学模型，具有更加广泛的适应性。在研究中模糊控制理论、自适应技术、计算机控制技术、工程结构理论相结合等方面相互结合，性的计算分析结果也具有一定的实用性。实践中采用理论分析、计算仿真、结果分析等措施与手段，可分析出无控制的情况下、有模糊控制器、增加因子自调整模糊控制器后结构产生的振动形态、强度、响应曲线等，以此形成一个相对特定的模糊控制算法，并以此适应结构设计。土木工程的结构模糊控制是一种新型的振动控制技术，利用模糊控制可以处理工程中诸多不确定的因素，其算法较为简单也可起到较好的控制作用，且工程造价低应用前景广泛。
所谓的结构控制起源于上个世纪的70年代，其目的是对振动加以控制，具体看就是对结构的动力反应与动力不稳定性等振动情况进行控制，使其在符合结构允许的强度范围。实践证明其可以降低结构自身的重量，改善结构的力学性能，提高结构所达到的承载能力与可靠程度。振动控制主要措施有消振、隔振、吸振、阻尼减振、控制结构优化、外部能源控制等。因此结构振动控制可以划分为主动被动控制、混合控制、半主动控制等。被动控制有隔振、吸振、阻尼措施等，其控制力主要来自控制装置随着结构仪器的振动变形，控制装置本身是被动的；主动控制则是依靠外部施加的能源对减震结构进行控制，其控制力控制装置安装某种控制策略完成对结构的控制；半主动控制是利用少量的外加能源进行控制，其控制力是因为控制装置本身的运动而产生的，但是在控制的过程中，控制装置能从外部施加的能源中主动调整本身的控制参数，从而获得相应的控制力完成控制；混合控制的技术就是将主动控制与被动控制的技术结合起来形成一种合成控制方式。
上面的四种振动控制方式中，被动的控制方式是较为经典的技术措施，是一种开环控制，目前仍然被广泛的应用。但是因为被动控制技术缺乏跟踪与自适应能力，一旦出现结构上承受的动力载荷超出了预计则控制的效果会大幅度降低甚至失效。主动控制的技术是一种现代技术，其应用现代技术输入动力和结构反映实现联机完成实时跟踪，在按照分析计算的结构对控制机制加以控制，实现自动调节，使得结构在地震中始终定位在安全状态下，避免损伤。半主动控制是土木工程结构振动控制的新兴课题，其依靠的是较小的外部能源输入从而改变整个土木结构振动情况，减小结构反映而不提供控制力。半主动控制的效果优于通常的被动控制，与主动控制效果相似，且机构简单，能耗相对低，容易控制。
2 结构控制的算法分析
结构振动的算法主要是针对主动控制而言。结构主动控制的计算方法源于近代的控制理论，但是这些理论在土木工程中的应用中会产生一些列的特定的问题，这些问题都是控制算法中需要解决的。从原理上看现代控制理论的控制算法可以大部分可以借鉴。但是土木工程的特殊性使得这些算法并不是都能直接应用，一些则需要进行特殊的处理。常用的控制算法包括了经典线性控制、瞬时最优控制、极点配置计算、独立空间控制、模糊控制等等。其中模糊控制算法的应用已经渐渐成结构振动控制的主要发展方向。
所谓模糊控制就是以模糊集合理论、模糊语言变量、模糊逻辑等为基础的计算方式。模糊控制不需要清除的了解对象数学模型，可以克服非线性所带来的负面影响，同时模糊控制对于变量参数问题适应性较强。模糊规则的归纳、规则库的建立可以从实际的控制经验中获得数据基础。以往因为人们对控制对象的认识是不完整的，因此模糊控制器在设计中会出现一些问题而影响控制的质量，而遗传算法的引入则改变了此种情况。近些年，遗传算法已经广泛的应用与土木工程结构的地震相应控制上。一些学者采用双枝竞赛测量的遗传算法优化了结构抗震控制其的模糊控制参数，并获得了成功，则显示了遗传算法在模糊控制其中多目标优化条件下的有效性。另外，学者采用遗传算法实现了对安装有阻尼器的智能隔震装置的模糊控制。也有学者对地震作用下钢结构模型完成了模糊控制。试验表明采用遗传算法作为模糊控制算法可以优化模糊控制器，并可以获得较好得到效果。我国的专家也利用小种群遗传算法优化了结构地震响应阻尼控制器。而国外学者也实现了阻尼器减小多自由度结构地震相应的模糊控制，并利用微观遗传算法解决了对模糊控制其器的调试。
3 （遗传）模糊控制算法的应用
基于遗传算法的模糊控制器设计与应用是目前模糊控制的应用形式的一种。运用遗传算法建立起来的相应机制，对地震机理信号的处理、阻尼其控制电流之间的模糊规则成为了模糊控制的核心思路。为了研究的方便与简单化，模糊逻辑控制器已经在隶属度函数的确定条件下保持不变。下面就多MR阻尼遗传模糊算法的应用进行举例说明。
算例：某土木工程为6层锚索结构模型，结构的1-6层质量都为相同的重量，低1-6层的刚度设计也为相同参数，其层高也为相同。前三阶段的阻尼比与固有的频率经过测算可以得出，此时按照单MR的模糊算法进行处理，步骤为：利用二进制编码；确定适应度函数；遗传算子分析；群体规模选择；初始化种群。这样就确定了阻尼器参数。多MR阻尼所得到的结果仅仅是编码长度产生了改变，向对于的规则也依据表1来进行。
表1 多阻尼器模糊规则表
4 结束语
结构振动的控制是一门新兴的学科，其设计的控制理论、计算机技术、控制算法等都是最前沿的技术成果，其应用可有效的降低结构在地震作用中的反应与损害，有效的提高了土木工程结构的抗震性能。其控制算法也呈现出多元化，随着土木工程结构的模糊控制算法引入了遗传算法后，试验证明对于模糊控制器阻尼效果是令人满意的，其半控制效果也达到了最佳效果。
参考文献：
[1]陈水生,李锦华.磁流变阻尼器对建筑结构地震响应半主动控制分析[J].铁道工程学报,2007,(09)
[2]汪权,王建国.建筑结构地震响应半主动控制的遗传-模糊算法[J].地震工程与工程振动,2010,(06)
[3]邓众举.建筑结构基于振动控制的模糊算法分析[J].西安工业大学学报,2010, (01)