結構非線性振動識別與控制的算法設計及試驗研究

《結構非線性振動識別與控制的算法設計及試驗研究》是依託大連理工大學,由李蘆鈺擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：結構非線性振動識別與控制的算法設計及試驗研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李蘆鈺

項目摘要

土木工程結構在強震作用下將不可避免地進入塑性階段，從而表現出非線性行為，因此研究結構非線性振動識別與控制具有重要的理論和實際意義。本項目針對結構中已知非線性程度及非線性類型的不同，設計合適的結構非線性振動識別及控制算法，並分別基於旋轉阻尼器和磁流變彈性體建立具有可重複性的結構非線性振動試驗模型。具體為：（1）當已知較多非線性模型信息時，採用常參數結構非線性振動模型，設計以魯棒控制方案為主的控制算法；當已知較少非線性模型信息時，採用時變參數結構非線性振動模型，設計以自適應制方案為主的控制算法；（2）利用磁流變或粘滯旋轉阻尼器建立具有可重複性的結構非線性振動試驗模型，並通過調整輸入到磁流變旋轉阻尼器中的電壓信號實現不同的非線性行為；（3）利用磁流變彈性體設計變剛度柱，並建立可以實現不同剛度非線性的結構非線性振動試驗模型；（4）在試驗模型上驗證前面提出的結構非線性振動識別與控制算法的合理性。

結題摘要

土木工程結構的振動控制研究和套用已有近 50 年的歷史，基於線性結構的主動控制理論已經基本成熟，在土木工程領域也得到了廣泛的套用。但是由於結構形式越來越複雜，即使採用結構振動控制系統，在強地震作用下將結構完全控制線上性階段也是不現實的。因此研究結構非線性振動控制以及識別等問題具有重要的理論和實際意義。結構非線性振動試驗容易造成結構損傷甚至破壞，不具有可重複性，因此研究可以重複使用的結構非線性試驗模型對於所提出理論和算法的驗證也是非常重要的。本項目基於以上的問題，根據不同情況研究了結構非線性振動識別與控制算法，同時設計了結構非線性振動試驗模型。具體為：1. 針對常參數簡單非線性模型採用小波分析與神經網路預測進行了結構非線性振動參數識別；考慮時變參數的影響，針對滯回非線性模型採用無跡卡爾曼濾波進行參數識別，同時利用估計量來計算滯回變數，提高了識別精度；針對磁流變彈性體材料，採用廣義Maxwell模型以及分數階模型進行了建模及參數識別。2. 針對簡單非線性模型，採用滑模控制算法以及反饋線性化控制算法進行了控制設計，同時在控制算法設計中對於荷載進行了識別；針對複雜非線性模型，結合前面的識別算法給出控制所用參數，採用模型參考自適應控制算法進行了結構非線性振動控制；針對採用旋轉激勵的結構非線性模型，採用同胚變換及反饋線性化算法完成了結構非線性振動控制。3. 基於粘滯旋轉阻尼器建立了結構非線性振動試驗模型，通過調節粘滯阻尼器的阻尼係數可以實現不同的非線性行為；基於磁流變彈性體建立了結構非線性試驗模型，通過調節施加在磁流變彈性體上的磁場可以實現不同的非線性行為；基於旋轉激勵作動器建立了考慮作動器非線性的結構非線性試驗模型；基於主動電機建立了基於狀態反饋的結構非線性振動試驗模型，可以重複的實現給定的線性及非線性行為。在以上建立的結構非線性模型中，對於所提到的識別和控制算法進行了驗證。