地震作用下高层建筑的分散控制研究

摘要

随着近年来大型结构的不断涌现，系统传统集中控制方法中所需要的传感器、控制器和作动器功能的要求也相应提高。系统越大，单个控制器破坏率越大，整个系统更容易导致瘫痪。为了克服这些问题，提出了分散控制理论。结构的分散控制是指将复杂的大型结构分为多个子结构，子结构控制器独立决策并施加控制力。分散控制方法的研究包括分散控制的结构形式、工作原理。本论文在已有研究的基础上，提出了一种新的分散控制方法，并结合最小二乘方法、半主动控制理论进行了研究，具体内容包括： 首先，本论文提出了地震激励作用下结构分散控制的新方法。此方法基于线性二次型最优Gauss(LQG)控制理论，阐述了大系统的分散控制结构形式，分散功能如何实现以及如何解决子结构间的耦合作用。计算控制力时增益矩阵的算法分为两种：方法一是用最小子结构控制力使控制性能指标函数在整个系统状态下取得最小值，方法二是用最小子结构控制力使控制性能指标函数在子结构空间状态下取得最小值。计算子结构控制力后，用子结构观测输出估计子结构的状态向量，子结构间的相互影响视为所考虑的子结构的外部力作用力作用在子结构上。 其次，计算子结构间相互影响时也有三种工况：工况一是根据子结构间干扰力公式的表达式计算得到；工况二是根据子结构的观测输出估计层间作用力；工况三根据子结构的观测输出同时估计层间作用力以及地震波。 最后本论文结合半主动控制策略与分散控制新方法形成更接近于工程实践的分散半主动控制。并结合地震激励高层建筑线性反应控制基准(Benchmark)问题进行了数值模拟。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1引言

1.2结构振动控制的概念与分类

1.2.1结构振动控制的概念

1.2.2结构振动控制分类

1.2.3结构振动控制算法

1.2.4结构振动控制中存在的几个问题

1.3本文研究背景

1.4本文研究的主要内容

第二章分散控制新方法

2.1引言

2.2大系统分散控制基本原理

2.2.1基本理论

2.2.2分散控制分类

2.2.3大系统分散控制的结构形式

2.2.4分散控制新方法的结构形式

2.3分散控制新方法

2.3.1大系统分散控制方法

2.3.2线性二次型最优Gauss(LQG)控制理论

2.3.3求相邻子结构对子结构的作用力

2.4性能指标函数

2.5算例

2.5.1结构模型

2.5.2地震反应分析

2.6分散控制新方法的类推

2.7小结

第三章两种分散控制方法性能比较

3.1引言

3.2完全耦合分散控制方法

3.3算例

3.4小结

第四章高层建筑地震线性反应的半主动控制

4.1基准(Benchmark)问题

4.1.1引言

4.1.2基准问题建筑模型

4.1.3性能评价指标

4.2高层建筑地震线性反应的半主动控制

4.2.1引言

4.2.2分散控制的Benchmark模型

4.2.3基于MR阻尼器的Semi3半主动控制

4.2.4 Benchmark的分散半主动控制

4.3小结

第五章本文工作总结及展望

5.1论文总结

5.2工作展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢