【摘要】：對(duì)建筑結(jié)構(gòu)采用主動(dòng)、半主動(dòng)控制可以更有效地降低其在外部激勵(lì)下的振動(dòng)響應(yīng),確保其具備足夠的安全性和舒適性。傳統(tǒng)的控制算法大多采用集中控制,整個(gè)控制系統(tǒng)僅有一個(gè)控制器,結(jié)構(gòu)各部位傳感器將結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息收集、傳輸至該控制器,控制器接收信息后作出動(dòng)態(tài)優(yōu)化決策,將控制指令傳達(dá)至各部位作動(dòng)器,實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的控制。然而,對(duì)于超高層、大跨度等復(fù)雜結(jié)構(gòu),集中控制系統(tǒng)難以滿(mǎn)足穩(wěn)定性、可靠性以及易于維護(hù)等方面的要求。由于集中控制的局限性,本文對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的分散控制進(jìn)行了研究,提出了幾種針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的分散控制算法。另外,考慮到分散控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)可能產(chǎn)生不同的時(shí)間滯后,提出了幾種適應(yīng)于分散控制多時(shí)滯系統(tǒng)的時(shí)滯補(bǔ)償方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1)在LQG集中控制算法的基礎(chǔ)上提出了兩種分散控制算法,根據(jù)子結(jié)構(gòu)獲得的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息不同分別稱(chēng)為局部最優(yōu)分散控制和全局最優(yōu)分散控制。當(dāng)各子控制器僅獲取子結(jié)構(gòu)自身的局部結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息,通過(guò)局部信息計(jì)算出最優(yōu)控制力,稱(chēng)為局部最優(yōu)分散控制;當(dāng)各子控制器獲取全部樓層的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息,通過(guò)全部樓層信息計(jì)算出最優(yōu)控制力,稱(chēng)為全局最優(yōu)分散控制。另外,當(dāng)子系統(tǒng)之間存在作動(dòng)器重疊時(shí),通過(guò)局部最優(yōu)設(shè)計(jì)出的控制力,并通過(guò)重疊規(guī)則確定重疊部位的控制力,稱(chēng)為重疊分散控制。在瞬時(shí)最優(yōu)控制的基礎(chǔ)上提出了瞬時(shí)最優(yōu)分散控制算法,該算法僅需要獲取結(jié)構(gòu)自身的響應(yīng)信息以及其前一個(gè)子結(jié)構(gòu)頂層的響應(yīng)信息即可實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的分散控制。采用入侵雜草優(yōu)化(IWO)算法優(yōu)化得到各控制算法下子系統(tǒng)的權(quán)系數(shù)。對(duì)ASCE設(shè)計(jì)的九層Benchmark鋼結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析,結(jié)果表明所述各分散控制均具備一定的控制效果。其中,全局最優(yōu)分散控制和瞬時(shí)最優(yōu)分散控制效果相近且優(yōu)于局部最優(yōu)分散控制和重疊分散控制,而重疊分散控制優(yōu)于局部最優(yōu)分散控制。2)針對(duì)分散控制系統(tǒng)各子系統(tǒng)存在多時(shí)滯的問(wèn)題提出了三種時(shí)滯補(bǔ)償方法:遞歸響應(yīng)法,IWO增益矩陣優(yōu)化法,瞬時(shí)最優(yōu)時(shí)滯補(bǔ)償方法。同樣采用九層Benchmark鋼結(jié)構(gòu)模型作為算例進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明,在不同的子系統(tǒng)時(shí)滯大小以及不同程度的子系統(tǒng)間時(shí)滯差異下,各時(shí)滯補(bǔ)償方法均有較好的補(bǔ)償效果。3)對(duì)RD1005型MR阻尼器進(jìn)行了力學(xué)性能試驗(yàn),確定其在不同電流和外荷載頻率下的滯回性能。提出了一種基于IWO優(yōu)化算法的參數(shù)識(shí)別方法,確定RD1005型MR阻尼器在不同力學(xué)模型下的參數(shù),通過(guò)與最小二乘法識(shí)別的參數(shù)值進(jìn)行對(duì)比,證明了該參數(shù)識(shí)別方法是可靠的。在限幅最優(yōu)算法的基礎(chǔ)上結(jié)合LQG全局最優(yōu)分散控制算法提出了一種半主動(dòng)分散控制算法,通過(guò)遞歸響應(yīng)法對(duì)其進(jìn)行時(shí)滯補(bǔ)償設(shè)計(jì)。對(duì)某七層鋼框架模型進(jìn)行仿真分析,結(jié)果表明本文所提的半主動(dòng)分散控制算法的具有較好的控制效果,同時(shí)也驗(yàn)證了遞歸響應(yīng)法時(shí)滯補(bǔ)償在半主動(dòng)分散控制時(shí)滯系統(tǒng)的有效性。
【圖文】：

部分位移與出力較大者同向，則將此較大出力反向作為重疊部分的種規(guī)則，其控制力表達(dá)式分別如式 2-38 和式 2-39 所示，示意圖分2。規(guī)則一：max , 1,, , 1, ,1, , 1, ,00, 00, 0j j i j i jj i j i j i j i j jj i j i j i j i j ju u u uu u u u u xu u u u u x 規(guī)則二：max , 1,max , 1,0sgn 0j j i j i jj j i j i ju u u uu u u u 39 中i表示子系統(tǒng)編號(hào)， j 表示重疊部分作動(dòng)器編號(hào)。式 2-38 中sgnmaxmaxmax1 <0sgn 0 =01 >0j jj jj ju xu xu x 為重疊部分各子系統(tǒng)控制力的較大值。

圖 2-2 作動(dòng)器重疊控制力選取規(guī)則二Fig. 2-2 Strategy II of control force selection for overlapping actuators基于 IWO 算法的權(quán)矩陣優(yōu)化草算法是一種受雜草啟發(fā)而提出的、基于種群的數(shù)值優(yōu)化計(jì)算方法雜草入侵過(guò)程的算法。入侵雜草優(yōu)化（IWO）算法最早是伊朗德黑abian 以及 C. Lucas[90]首次提出。本文利用 IWO 算法對(duì)分散控制系統(tǒng)優(yōu)化，事先定義的控制目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小，進(jìn)而使控制系統(tǒng)能夠達(dá)基本流程如下：一步：確定取值范圍。據(jù)需要優(yōu)化的參數(shù)的性質(zhì)及實(shí)際情況確定各個(gè)參數(shù)的取值范圍，，設(shè)優(yōu)解落在取值范圍內(nèi)，以確保獲得全局最優(yōu)解。取值范圍不宜過(guò)大長(zhǎng)收斂時(shí)間，造成資源浪費(fèi)，而過(guò)小可能導(dǎo)致最優(yōu)解不在取值范圍二步：種群初始化。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TU352.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2698669