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斜拉索MR半主动控制方法研究

作　者: 武利冲
导　师: 樊晓平；杨胜跃
学　校: 中南大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 斜拉索半主动控制 MR阻尼器 Lyapunov直接法 LuGre动态摩擦模型
分类号: TU399
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 70次
引　用: 1次
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内容摘要

斜拉索质量轻、阻尼低、柔性大,极易在风雨激振、地震荷载等外界干扰的作用下产生不同机理的振动,造成斜拉索的振幅过大,严重损耗建筑结构的质量。因此,如何抑制斜拉索的振动是一个具有重要工程意义的研究课题。抑制斜拉索振动的被动控制是一种无源控制,对环境变化缺乏自适应性；主动控制存在作动器的安装位置的疲劳损伤和费用投资高等问题。上述两种控制方法存在相应的弱点,且随着磁流变阻尼器(magnetorheological damper, MR Damper)的发展及其在土木工程领域中的应用,斜拉索振动的半主动控制方法开始了广泛的研究。采用MR阻尼器作为抑制斜拉索振动的控制装置,控制效果完全取决于控制算法的设计。本文以考虑Irvine参数的斜拉索和MR阻尼器组成的系统为研究对象,建立了斜拉索-MR阻尼器振动控制的数学模型；进一步考虑描述MR阻尼器力学行为的LuGre动态摩擦模型,建立了改进的斜拉索-MR阻尼器系统模型。该模型考虑了阻尼器的动态特性,能够更好地描述斜拉索-阻尼器系统的动态特性。对于新的系统模型,基于Lyapunov直接法设计了抑制斜拉索振动的半主动自适应控制方法；将原系统模型变换为带有小参数的奇摄动系统,采用奇摄动理论对该系统进行分析,得到了另一类半主动自适应控制方法。控制过程中采用使用范围更广和工程上关心的指标—位移均方根νRMS和中点位移来反映阻尼器的减振效果,仿真结果表明：本文设计的两种控制算法均取得了不错的控制效果,并且随着阻尼器安装位置的升高,控制效果愈加明显。论文同时也验证了基于奇摄动理论设计的控制方法能够更好地抑制斜拉索振动,满足工程控制要求。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 结构控制  8-10
  1.2 斜拉索振动及其控制  10-12
    1.2.1 斜拉索振动机理  10-11
    1.2.2 斜拉索的振动控制  11-12
  1.3 本文的主要内容和研究意义  12-15
    1.3.1 主要内容  12-13
    1.3.2 研究意义  13-15
第二章 MR阻尼器  15-24
  2.1 MR阻尼器工作原理  15-16
  2.2 MR阻尼器力学模型  16-19
    2.2.1 MR阻尼器参数化模型  16-18
    2.2.2 MR阻尼器非参数化模型  18-19
  2.3 基于MR阻尼器的半主动控制方法  19-23
    2.3.1 MR阻尼器的现代控制方法  19-21
    2.3.2 MR阻尼器的智能控制方法  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章斜拉索-MR阻尼器系统的数学模型  24-31
  3.1 斜拉索振动方程  24-26
  3.2 笛卡尔坐标中的数学模型  26-28
    3.2.1 斜拉索动力学  26-27
    3.2.2 斜拉索振型φ_i(x)的选取  27-28
  3.3 状态空间中的数学模型  28
  3.4 改进的斜拉索-MR阻尼器系统数学模型  28-29
  3.5 本章小结  29-31
第四章基于改进系统模型的MR半主动控制器设计  31-40
  4.1 Lyapunov稳定性与直接法  31-33
  4.2 基于改进系统模型的自适应控制器设计  33-36
    4.2.1 系统描述  34
    4.2.2 基于Lyapunov直接法的控制器设计  34-36
  4.3 仿真结果与分析  36-38
  4.4 本章小结  38-40
第五章基于奇摄动理论的MR半主动控制器设计  40-54
  5.1 奇摄动理论  40-43
    5.1.1 奇摄动数学理论的发展  40-41
    5.1.2 奇摄动控制理论的发展  41-43
  5.2 基于奇摄动理论的自适应控制器设计  43-48
    5.2.1 奇摄动系统描述  44-46
    5.2.2 基于奇摄动系统的控制器设计  46-48
  5.3 仿真结果与分析  48-50
  5.4 两种算法的比较  50-52
  5.5 本章小结  52-54
第六章总结与展望  54-55
参考文献  55-60
致谢  60-62
攻读硕士期间完成的研究成果  62

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