智能壓電摩擦阻尼器的控制理論與試驗研究.pdf

1、普通摩擦阻尼器是一種常用的被動消能減震裝置.設定在大震作用下能滑動的普通摩擦耗能器,在小震作用下卻不一定能滑動,所以不能起到在小震作用下的耗能減震作用;與此相反,小震作用下設定滑動的摩擦耗能器,因固定的摩擦力太小,導致大震作用下的減震能力不夠.然而,智能壓電摩擦阻尼器通過運用壓電陶瓷驅(qū)動器具有將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的能力,可以實時地改變摩擦接觸面上的正壓力,調(diào)節(jié)阻尼器的摩擦起滑力,改善摩擦阻尼器耗能能力.本文以研制一種形式新穎且適合于在建筑

2、結(jié)構(gòu)消能減震中得到應用的智能壓電摩擦阻尼器及發(fā)展和優(yōu)化控制可調(diào)摩擦阻尼器的算法為目的,在以下幾個方面做了些工作或得到了新的認識和發(fā)展:1)闡述了智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的概念,回顧了壓電材料在工程結(jié)構(gòu)振動主動控制裝置、半主動控制裝置、混合控制裝置和摩擦耗能阻尼器中的發(fā)展歷程及應用現(xiàn)狀.2)以近斷層地面運動的特點為背景,通過與以阻尼器位移響應為反饋信號的算法進行對比分析,得出了對位于近斷層、采用可調(diào)摩擦阻尼器為消能減震手段的結(jié)構(gòu),宜采用摩擦阻尼器所在

3、樓層的速度響應為反饋信號,來控制可調(diào)摩擦阻尼器的結(jié)論.3)針對次優(yōu)Bang-Bang控制方法的缺點,通過引入類似于雙曲正切函數(shù)的一類連續(xù)函數(shù),提出了改進的次優(yōu)Bang-Bang控制算法的一種新方法.以此為基礎,給出了調(diào)節(jié)半主動摩擦阻尼器的策略.并采用遺傳算法對控制器和阻尼器的中的參數(shù)進行了優(yōu)化選取,分析了引入的連續(xù)函數(shù)對控制效果的影響,檢驗了文中所涉及到的控制方法對地震動強度變化的適應能力.4)以文中涉及到的控制算法為基礎,建立了多維地

4、震動作用下,應用半主動摩擦阻尼器對建筑結(jié)構(gòu)進行消能減震的Simulink仿真模型.通過實時接口,進一步將其轉(zhuǎn)變?yōu)閷崟r(在線)模型,使得算法能夠在Dspace控制器單板系統(tǒng)中實時運行.5)設計了一種以SBC型普通摩擦阻尼器為基體,結(jié)合管狀壓電陶瓷驅(qū)動器的新型可調(diào)摩擦阻尼器.通過試驗,得出了施加給壓電陶瓷驅(qū)動器的電壓與阻尼器摩擦接觸面上產(chǎn)生的正壓力的數(shù)學關(guān)系.6)結(jié)合結(jié)構(gòu)性能設計的思想,對消能減震設計的思路進行了初步的探討,展望了結(jié)構(gòu)振動控