新型半主动控制隔震体系理论与应用研究

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目前,半主动控制的隔震体系仍主要以理论分析和试验研究为主,控制装置和控制算法方面并没有完全成熟的解决方案。本文提出了一种新型半主动控制隔震体系,进行了比较完整的理论与试验研究,主要创新工作研究成果如下:(1)提出了一种新型半主动式摩擦力可调型摩擦摆隔震支座(Tunable Friction Pendulum System-TFPS),综合传统摩擦摆的隔震能力、摩擦阻尼耗能、主动控制技术连续可调性的优点,使得水平摩擦力能够连续可调,进行了理论分析。(2)基于新型摩擦力可调型摩擦摆隔震支座的设计概念,对于单摆形式,设计并制作了一个小型TFPS试件,并对其进行试验研究,采用不同的位移幅值和油压等级,验证了TFPS支座的可调性以及理论模型的正确性,理论计算与试验结果一致,可以通过改变滑块表面的正压力分布来调节水平向的摩擦力。(3)基于所提出的摩擦力可调型摩擦摆隔震支座(TFPS),建立了基于TFPS的半主动控制隔震系统,采用了几种常见的控制策略,进行了算例分析;结果表明所提出的TFPS支座可有效用于地震作用下的隔震结构控制,符合多目标抗震的需求,为进一步的研究和应用提供了理论依据和技术支持。(4)针对被控结构可能存在的参数不确定性问题,基于现有的模型参考自适应控制算法(MRAC),结合线性二次型最优控制(LQR),利用Lyapunov稳定性理论,提出了一种新型最优化的模型参考自适应控制(Optimum Model Reference Adaptive Control-OMRAC)算法,进行了推导证明,提出了相应的设计方法,对于控制参数进行了参数分析;并将OMRAC算法用于了基于TFPS支座的半主动控制隔震结构中,考虑隔震层中的参数不确定性,进行了数值仿真,证明了OMRAC算法的有效性和稳定性。(5)针对隔震层含时变非线性扰动的隔震结构,上述OMRAC算法对此问题还是有一定局限性;本文又基于线性二次型最优控制(LQR),结合并设计了非线性鲁棒补偿器,提出了一种新型非线性鲁棒最优控制(Robust Optimum Control-ROC)算法,进行了推导证明,以及参数分析,提出了相应的设计方法,并将ROC算法用于基于TFPS支座的半主动控制隔震结构中,考虑隔震层中的时变非线性,进行了数值仿真,证明了该算法对于非线性扰动问题的可用性和有效性。
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