基於健康自監測磁流變執行器的自適應振動控制研究

《基於健康自監測磁流變執行器的自適應振動控制研究》是依託重慶大學，由董小閔擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於健康自監測磁流變執行器的自適應振動控制研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董小閔
• 依託單位：重慶大學

中文摘要

自然或人為因素引起的土木結構劇烈振動，常常會造成重大的人員傷亡和財產損失，採用磁流變阻尼技術是增強結構抗震能力的有效途徑。由於自身或環境原因，磁流變執行器在服役期間會出現性能衰退甚至失效，如不採取措施可能會造成災難性後果。為此，項目以大型土木結構工程為背景，研究磁流變執行器健康自監測技術和自適應振動控制方法。包括：探索具有健康自監測能力的磁流變執行器結構設計原理；研究基於壓阻原理的多參數感測器集成技術；建立基於磁流變執行器健康因子的部分故障模型，研究執行器健康衰退規律和基於信息融合的故障預測模型；利用振動理論和試驗方法，建立執行器部分故障結構非線性動力學模型；運用非線性動力學理論分析執行器部分故障對系統動力學行為的影響，進而研究基於Lyapunov理論的多模型仿人滑模自適應容錯控制方法；最後用模型試驗考查執行器和控制策略的有效性。研究結果將為磁流變執行器的長期可靠運行奠定理論和技術基礎。

結題摘要

自然或人為因素引起的土木結構劇烈振動，常常會造成重大的人員傷亡和財產損失，採用磁流變阻尼技術是增強結構抗震能力的有效途徑。由於自身或環境原因，磁流變執行器在服役期間會出現性能衰退甚至失效，如不採取措施可能會造成災難性後果。為此，項目以大型土木結構工程為背景，研究磁流變執行器健康自監測技術和自適應振動控制方法。研究內容包括：通過理論分析和實驗方法研究了磁流變液在磁場激勵下單鏈向多鏈過渡的機理及其影響因素；為適應極端或特殊環境（如套用於高速衝擊、溫度變化極大、行程要求較大，對安裝尺寸要求較高）套用，開展了面向高速衝擊環境、具有高扭矩密度要求和更寬溫度適應能力的磁流變執行器的設計理論和方法研究，提出了一種可大幅提高輸出阻尼力矩的磁流變液螺旋流動新型工作模式，理論和試驗證明有效性；為實現磁流變執行器自身狀態的感知能力，研究了基於壓阻原理的磁流變執行器阻尼力和加速度感測器集成技術，提出將溫度感測器集成於在磁流變執行器內部，數據無線傳輸的方案；建立了考慮磁流變執行器部分故障的系統動力學模型，分析表明，隨著磁流變執行器工作時間的增加，溫度降緩慢上升，表現為磁流變阻尼力參數慢變的過程，導致系統控制性能緩慢下降；基於Lyapunov穩定性理論，設計了可對磁流變執行器部分故障進行估計的滑模觀測器，分析表明觀測器可精確預測故障的大小；基於仿人智慧型控制理論和方法，設計了具有分層遞階的仿人智慧型控制器，通過數值仿真分析驗證了仿人智慧型控制器能通過重新調整控制策略，補償磁流變執行器部分故障對系統控制性能的影響；搭建了硬體在迴路仿真試驗系統和縮尺三層鋼框架結構振動試驗系統，模擬了不同激勵下，磁流變執行器出現部分故障的振動控制情況，試驗結果表明控制算法能夠降低磁流變執行器部分故障對系統的影響，改善控制性能。研究結果為磁流變執行器在土木結構工程中長期可靠運行奠定了一定的理論和技術基礎。