磁流變阻尼器的擬負(fù)剛度控制及實時混合試驗方法.pdf

1、磁流變阻尼半主動控制能夠取得與主動控制相當(dāng)?shù)目刂菩Ч?，卻不需要大量的能源輸入，在很長一段時間內(nèi)是結(jié)構(gòu)振動控制研究的熱點。擬負(fù)剛度控制方法的控制力由阻尼力和“負(fù)剛度”控制力組成，其中，阻尼力部分可由磁流變阻尼器出力中的粘滯阻尼力部分實現(xiàn)，“負(fù)剛度”控制力可以通過調(diào)節(jié)磁流變阻尼器的驅(qū)動電壓實現(xiàn)。磁流變阻尼器為速度相關(guān)型控制裝置且具有非常強(qiáng)的非線性特性，擬動力試驗和地震模擬振動臺試驗等試驗方法均很難滿足檢驗磁流變阻尼控制系統(tǒng)性能的要求。作為檢

2、驗磁流變阻尼控制系統(tǒng)性能的一種重要手段，實時混合試驗方法引起了很多學(xué)者的關(guān)注。但是，對實時混合試驗來說，很難在一個時間步長內(nèi)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的計算、驅(qū)動試驗子結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的速度以及對試驗子結(jié)構(gòu)的反力進(jìn)行測量和反饋。通常，實時混合試驗中存在的時滯會引起試驗結(jié)果的不準(zhǔn)確甚至系統(tǒng)的不穩(wěn)定。因此，實時混合試驗時滯補(bǔ)償方法的研究具有重要的意義。
　　本文對采用擬負(fù)剛度控制的結(jié)構(gòu)的動力特性和減振效果、多自由度結(jié)構(gòu)擬負(fù)剛度控制及其控制效果、測量位移

3、對等效力控制方法的影響及基于試驗系統(tǒng)模型的等效力控制方法進(jìn)行了研究。
　　1.證明了擬負(fù)剛度阻尼減振結(jié)構(gòu)和擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合減振結(jié)構(gòu)均為齊次非線性結(jié)構(gòu)，其齊次性保證了可以通過位移響應(yīng)系數(shù)、傳力系數(shù)及反應(yīng)比譜對兩種結(jié)構(gòu)的動力特性及減振效果進(jìn)行分析。位移響應(yīng)系數(shù)、傳力系數(shù)和反應(yīng)比譜的分析結(jié)果表明擬負(fù)剛度控制能夠延長結(jié)構(gòu)的等效周期；結(jié)構(gòu)周期較長時，與不同阻尼比的結(jié)構(gòu)相比，擬負(fù)剛度阻尼減振結(jié)構(gòu)的加速度更小而位移較大；擬負(fù)剛度與粘滯阻尼

4、混合減振結(jié)構(gòu)的位移和加速度均要小于不同阻尼比的結(jié)構(gòu)。
　　2.以一棟安裝磁流變阻尼器的隔震結(jié)構(gòu)為研究對象，對擬負(fù)剛度控制進(jìn)行了數(shù)值和實時混合試驗研究。證明了采用擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制的隔震結(jié)構(gòu)同樣為齊次非線性結(jié)構(gòu)，擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制能夠在不增加底部剪力的同時減小結(jié)構(gòu)的位移。穩(wěn)定性和時滯影響分析表明實時混合試驗?zāi)軌蛴糜跀M負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制系統(tǒng)性能的研究。試驗結(jié)果表明：擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制對結(jié)構(gòu)位移和加速度的控

5、制效果均好于Passive-off控制；對加速度的減振效果好于Passive-on控制，而對位移的控制效果差于Passive-on控制。渤海 JZ20-2NW海洋平臺擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制的數(shù)值分析同樣表明擬負(fù)剛度與粘滯阻尼混合控制系統(tǒng)具有較好的減振效果。
　　3.實時混合試驗等效力控制方法以力反饋控制環(huán)代替隱式積分算法的迭代計算，該控制環(huán)還可以對實時混合試驗系統(tǒng)中的時滯進(jìn)行補(bǔ)償。但是，還有其他一些因素會影響到等效力控制方法的

6、時滯補(bǔ)償效果，例如采用作動器位移命令或響應(yīng)計算數(shù)值子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力和擬動力、試驗子結(jié)構(gòu)位移中存在的測量噪聲等。本文對分別采用作動器位移命令和響應(yīng)計算數(shù)值子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力和擬動力、測量噪聲對等效力控制方法的影響進(jìn)行了分析。為了保證試驗子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力、數(shù)值子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力和擬動力的同步，必須采用作動器位移響應(yīng)計算數(shù)值子結(jié)構(gòu)恢復(fù)力和擬動力。PID等效力控制器的比例增益較大時，作動器位移響應(yīng)中的測量噪聲會導(dǎo)致試驗子結(jié)構(gòu)反力中存在不可忽略的高頻成分。為了減小測

7、量噪聲的影響，本文采用Kalman濾波器對測量噪聲進(jìn)行濾波，從而提高 PID控制器比例增益的取值，改善等效力控制方法的時滯補(bǔ)償效果。實時混合試驗結(jié)果表明采用Kalman濾波器的等效力控制方法能夠減小測量噪聲對試驗子結(jié)構(gòu)反力的影響并有效地補(bǔ)償時滯，其補(bǔ)償效果與基于模型的時滯補(bǔ)償方法基本相同。
　　4.提出并研究了基于試驗系統(tǒng)模型的等效力控制方法。該方法在試驗系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，利用開環(huán)補(bǔ)償或者閉環(huán)補(bǔ)償方法，減小等效力命令與響應(yīng)之間的時