《基於前饋地震預警信息的新型半主動智慧型控制系統》是依託天津大學，由石運東擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於前饋地震預警信息的新型半主動智慧型控制系統
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：石運東
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在基於性能設計的框架內，不僅結構自身在地震作用時的安全需要得到保證，結構的舒適度及非結構物的安全也是設計需要考慮的重點目標。由於地震的隨機性，對於結構多指標反應的控制，如作為結構安全指標之一的位移與作為非結構物安全指標之一的加速度的控制存在難度。本項目提出一種結合地震預警技術與半主動控制技術的新型系統，實現對於不同地震類型作用下的結構多指標振動控制。此新型系統通過對地震預警系統中震區監測裝置所測數據進行分析，在地震波到達控制結構之前，識別地震波的頻率特徵並及時前饋給半主動控制系統，使其按照預先設定的地震頻率與控制算法的關係選擇最優控制參數，達到對於不同地震類型的最優控制。本研究將基於使用磁流變阻尼器的半主動控制，對提出的控制算法、地震預警系統數據的識別與傳輸、系統的魯棒性能以及此新型系統的控制效果進行深入的理論、數值及試驗分析。研究成果將為結構在基於性能的框架內的抗震設計提供技術支撐。
結題摘要
在基於性能設計的框架內，結構的多個指標均可能成為控制目標，如結構位移、加速度、受力等。傳統控制算法在控制單一目標時具有較好結果，但對於其它指標控制效果則較差。另外，由於地震的隨機性，對於結構多指標反應的控制難度則更大。為了實現結構基於性能的設計，本課題開展了考慮地震隨機特性情況下結構多指標反應的控制方法研究。 （1）基於結構多指標性能的控制算法研究 以傳統LQR控制為基礎，建立了可同時考慮多指標性能的新型性能函式，提出了基於地震預警信息的控制方法LQREEW。為了確保在不同類型地震作用下半主動控制的最優控制效果，建立了結構特徵周期、阻尼，地震主頻與半主動控制增益參數之間的關係，從而使得半主動控制能夠根據不同的地震類型做出相應調節。當震源距離較遠時，通過前饋地震預警信息至控制系統實現半主動控制；而當震源距離較近時，通過前饋結構較近距離處地震信息實現半主動控制。 （2）地震信息與半主動控制結合方法研究 課題結合傅立葉變換特點以及波形頻率分析需要，提出一種可調整長度的時間視窗方法，滿足線上實時分析需求。通過某一時間視窗，及時利用快速傅立葉變換分析當前的地震波（視窗範圍內）頻率特徵，並通過頻率取值計算在下一視窗範圍內的合理控制增益。如此，控制增益隨著時間的發展逐步更新。當震源距離較遠時，視窗長度則可以調整為較長取值，從而針對更長周期的地震波進行分析，並將所分析得到的地震波頻率特徵前饋至結構控制系統。（3）結構失效模式控制方法研究 根據結構多指標反應的不同，結構表現出不同的失效模式。考慮地震隨機特性，提出一種可以實現結構構件均衡破壞，多指標反應按照基於性能的設計目標發展的結構失效模式控制方法。研究了構件受力破壞規律與半主動控制出力之間的關係。提出的控制失效模式方法在不同地震幅值、不同類型地震作用以及不同阻尼器出力情況下可以實現預定失效模式。
