【摘 要】
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近些年来半主动控制的工程应用逐渐成熟,其中具有代表的是使用磁流变阻尼器在土木基础设施中的应用,为保护敏感结构提供了更为有效的抗震策略,而半主动控制的可靠性和鲁棒性
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近些年来半主动控制的工程应用逐渐成熟,其中具有代表的是使用磁流变阻尼器在土木基础设施中的应用,为保护敏感结构提供了更为有效的抗震策略,而半主动控制的可靠性和鲁棒性取决于建筑物结构参数的准确性和磁流变阻尼器动力学模型的精确性。本文主要针对磁流变阻尼器的动力学模型及在房屋减震系统中的不确定性问题,利用线性分式变换(linear fractional transformation,简称LFT)将系统的不确定部分从系统的参数中解耦,设计H无穷鲁棒控制器,使系统的标称参数和扰动在结构中性能保持一致。同时为了减少上述的不确定因素,建立并分析基于BP(Back Propagation)神经网络的磁流变阻尼器的逆模型,并验证逆模型的准确性和算法的有效性。主要工作如下:首先,对磁流变阻尼器进行正向动力学建模。以Lord公司提供的RD-8040-1型磁流变阻尼器为实验对象,分析其模型的特征,尤其是对滞环等一些强非线性的因素进行分析。分别建立了双曲正切模型、扩展双曲正切模型和现象模型三种正向模型,用遗传算法进行全局寻优求解并对三种模型进行对比分析。其次,对磁流变阻尼器进行逆向动力学建模。逆模型是阻尼器的控制基础,为了找到本文系统中最合适的逆模型,对比分析了三种磁流变阻尼器的控制方法,限幅最优控制方法,简化的双曲正切模型方法和BP神经网络的智能控制方法,最终得出BP神经网络的智能控制方法为最优,并验证其有效性。然后,基于LFT线性分式变换的H无穷鲁棒控制器的设计。以磁流变房屋减震系统的三层钢结构为控制对象,地震波和三层钢结构中含有的不确定性参数为扰动,采用LFT线性分式变换对三层钢结构中不确定性参数进行分离,随后设计H无穷鲁棒控制器对分离后参数及地震波进行干扰抑制,能使得外界扰动最终收敛到零附近很小的临域内,并同时证明了该控制器的稳定性。最后基于上述所设计的LFT的H无穷控制策略对三层钢结构的减震效果进行了Matlab/Simulink数值仿真。仿真对比了无控状态和鲁棒H无穷主动控制效果,证明该算法的有效性;同时对比了半主动控制与主动控制效果,进一步了证明半主动控制的有效性;最后对于模型不确定性进行了鲁棒性分析,与确定性模型的控制效果进行了对比。本文的创新之处在于考虑到模型的不确定性,将模型的不确定性通过LFT线性分式变换分离出来,使半主动控制效果更精确,鲁棒性更好。并且找到了基于BP神经网络的逆模型,通过基于BP神经网络的逆模型,使阻尼器的控制器控制效果更为精确,不仅发挥了磁流变阻尼器连续可调的优点,还可以十分精确的预测控制电流。
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