高壓輸電塔結(jié)構(gòu)主動(dòng)抗震控制優(yōu)化研究.pdf

1、高壓輸電塔是一種高柔性結(jié)構(gòu),對(duì)風(fēng)荷載和地震等動(dòng)力作用比較敏感,容易產(chǎn)生較大的動(dòng)力響應(yīng)。應(yīng)用智能材料研發(fā)主動(dòng)控制系統(tǒng)并對(duì)高壓輸電塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)控制,可有效抑制結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),減小結(jié)構(gòu)的損傷累積,提高結(jié)構(gòu)的安全可靠性,并且與被動(dòng)和半主動(dòng)控制相比,具有更加靈活、智能、高效等優(yōu)點(diǎn),適應(yīng)性更強(qiáng)。
　　本文在已有研究成果的基礎(chǔ)上，以我國華北電網(wǎng)110kV典型設(shè)計(jì)高壓輸電塔結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,同時(shí)基于超磁致伸縮材料(Giant Magnetostr

2、ictive Material-GMM)獨(dú)特的物理力學(xué)性能,并以其為核心元件,研發(fā)了適合于高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的GMM作動(dòng)器,探討了GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)在高壓輸電塔結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化布置方法,檢驗(yàn)了主動(dòng)控制效果。主要工作和研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用ANSYS有限元分析軟件,通過對(duì)高壓輸電桿塔結(jié)構(gòu)合理簡化,建立了一個(gè)我國華北電網(wǎng)110kV典型設(shè)計(jì)高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的空間有限元模型并進(jìn)行了相應(yīng)的有限元分析,研究了這類結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,并將

3、所得第一自振周期與現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范相關(guān)公式的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比,兩者吻合較好,說明文中的簡化計(jì)算模型比較合理,所得計(jì)算結(jié)果可信。
　　(2)在理論分析的基礎(chǔ)上，研究了GMM的變形機(jī)理和磁控特點(diǎn),探討了GMM作動(dòng)器的工作原理和構(gòu)造方法,研發(fā)了一種GMM作動(dòng)器并對(duì)其進(jìn)行了磁力學(xué)性能試驗(yàn),并從 GMM作動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、磁路結(jié)構(gòu)、預(yù)壓力結(jié)構(gòu)和溫度控制等方面對(duì)作動(dòng)器的性能進(jìn)行了優(yōu)化,分析了不同預(yù)壓應(yīng)力下 GMM作動(dòng)器的輸出性能與驅(qū)動(dòng)電流的關(guān)系,

4、建立了相應(yīng)的理論分析和計(jì)算模型。結(jié)果表明,文中研發(fā)的GMM作動(dòng)器磁機(jī)轉(zhuǎn)化效率較高,驅(qū)動(dòng)性能良好,可用于一般高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)的主動(dòng)控制。
　　(3)分析了高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制的基本原理,研究了GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和構(gòu)造方法以及與高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的集成技術(shù),建立了高壓輸電塔結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制時(shí)的動(dòng)力有限元方程及結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間模型,探討了應(yīng)用GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行這類結(jié)構(gòu)主動(dòng)振動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)方法。
　　(4)應(yīng)用遺傳算法,通

5、過對(duì)受控結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析,研究了GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)在高壓輸電塔結(jié)構(gòu)中的優(yōu)化布置位置和數(shù)量等問題,采用MATLAB軟件編寫了適應(yīng)度函數(shù)程序,并利用遺傳算法工具箱進(jìn)行了相應(yīng)的優(yōu)化計(jì)算,編寫了LQR控制算法程序,輸入EL-Centro地震波,進(jìn)行了無控結(jié)構(gòu)、優(yōu)化布置GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)受控結(jié)構(gòu)和隨機(jī)布置 GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)受控結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析,檢驗(yàn)了相應(yīng)的主動(dòng)控制效果,探討了一般規(guī)律。結(jié)果表明,GMM主動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)高壓輸電塔結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)控