双向建模和结构控制的最新进展

文摘

本文概述了构建双向地震波下结构建模和控制。它关注不同类型的双向控制设备,控制策略,和双向传感器用于结构控制系统。本文还强调了各种系统识别技术等问题,系统中的时滞,估计速度和位置的加速度信号,传感器优化布置和控制设备。控制设备的重要性及其应用说明了双向振动降到最低。最后,实际建筑结构控制系统的应用及其性能了。

1。介绍

历史研究揭露事实,一些地震已经造成了严重的伤害在民用建筑在世界各地包括1985墨西哥城,1994年北岭,1995年神户,1999科喀艾里,2001 Bhuj, 2008年四川,2008年智利,2012伊米莉亚。修改的过程或控制严重破坏的建筑结构在结构工程成为突出的主题。控制危险的建筑结构地震波是一个极大的兴趣的领域正在迅速增长的研究人员(1,2]。具有挑战性的工作的一部分位于超级结构的保护在整个地震的地理位置,从而提供一种手段,为人类居住者更安全的环境。由于地震的巨大损失,可以引人注目,所以有绝对的必要性来开发一种有效的保护方法。

结构控制方法及其应用在地震期间被研究首先提出一个多世纪以前。但主要发展已经注意到在过去25年的结构与预防系统已经开发出来。姚(1972年3)提出了结构控制的概念,发挥了重要作用在结构工程领域的发展。领域的结构设计及其控制,应该注意以下几点:(我)在地震地面振动的模式,(2)建筑抗震的设计技术,(3)创新的建筑结构的响应控制策略。

被动和主动控制系统中扮演重要角色的响应减少土木工程结构受到强烈地震振动。消极、积极和半活性控制系统是最重要的一类结构工程。这两种技术,可以用于结构振动的控制(我)实现智能材料在建筑物的建设4),(2)控制执行器等设备的使用,建筑结构的阻尼器,光电隔离器(5]。

全球流行和高需求的结构控制及其应用已上升到各种研究导致许多教科书的出版,例如,(6]。作者(4)所建议的不同类型的消极、积极半活性和混合控制系统的回顾,强调了控制理论的重要性在结构的振动控制。本文详细回顾各种被动,半活性和混合控制系统应用于控制双向地震作用下结构平扭耦合响应的事件以顺序的方式描述。文献[1)重点深入研究活跃,半活性和混合控制设备以及一些控制策略。的主要影响因素可以分为结构控制的性能(我)激励标准(例如,单向或双向地震和大风),(2)结构特性(如固有频率、自由度和非线性结构),(3)控制系统的设计(例如,设备类型和数量、设备位置、系统模型,以及控制算法)(7]。

虽然研究既定的地震分析考虑单向地震波,非常少的研究已发现在双向地震波。事实是不可否认的,地震确实任意方向,由一个双向的地面运动8,9]。建筑的双向地震输入将导致建筑物平扭耦合振动与严重的结构性破坏更严重,应该考虑10]。这一事实的调查显示近年来建筑物倒塌的主要因素是不对称的建筑结构控制下的双向地震地面运动(11]。所以详细评审的详细方法选择的控制标准,数学建模技术和控制装置,以保护建筑结构的有效性需要从双向地震波以潜在的方式呈现。

本综述的目的是为了解决各方面参与双向结构控制,考虑到建模和振动控制双向地震输入下的建筑结构。本文还解决了所有可能的设备进行双向振动控制中的应用。基础状态估计的方法、系统识别、优化设备位置和时间延迟的影响在本文中讨论的稳定性。我们比较不同的控制策略对双向振动,如PID控制,控制、最优控制、滑模控制、人工神经网络控制、遗传控制和模糊控制。本文总结的一些观察注意到整个审查。

2。建筑结构的双向建模

结构力学是研究振动纳入结构。为了有效地控制结构,重要的是要有对其动力学的知识。结构的控制与维护相关的建筑结构从单向或双向地震力。结构设计对象之一是模型动态载荷和生产创新的方法来抑制振动。建筑的振动控制生成所需的动力学结构在一个稳定的范围内。这种控制设计是决定结构的数学模型(12,13]。在[4),一个紧凑的控制器之间的关系,建立了结构模型。

工程结构都是由内在质量和弹性特征。动态与静态分析建模也有类似的特征。然而,动态分析比静态分析复杂得多。例如,动态模型的质量建模技术需要一个弹性模型和质量模型详细地精炼的离散质量(6]。

2.1。双向激

最近的地震显示,双向效应是主要损伤源的结构损伤。地震分析应考虑双向励磁。建筑结构设计方面的正常方法地震地面运动引发的反应,分别在两个正交方向。一般来说,地震展品任意方向表示为双向的地面运动,也可以减少参与的导线框架结构扭转和横向刚度。一个值得注意的变化弹性扭转建筑是观察到的行为考虑横向框架的非线性行为。

轴向力的大小的影响在角落里列的双向的地面运动受到结构不同于单向的地面运动(8]。文献[14)还暗示,结构暴露在两个同时水平地震分量,横向元素行为可以真正的扭转刚度非线性的贡献较小。文献[15]介绍了单层模型的分析,没有横向元素受到单向和双向地震。研究得出的结论是,横向模型中元素的添加大大妨碍边界元素时,结构的响应进行双向地震波。

实际建筑的分析表明,它在本质上是不对称的在某种程度上与正式的对称的计划。建筑将诱导的不对称性质横向和扭转振动同时称为扭转耦合(TC)考虑的情况下纯粹的转化作用。土壤结构相互作用(SSI)效应被认为是和可以在建筑结构中重要的建在软介质。SSI的影响可以批判性地修改结构的动态特性如固有频率、阻尼比和模形状(16]。

激发的行为和影响力量的知识发挥了重要作用,制定建筑结构动态模型。部分地壳的运动称为地震伴随着应力突然释放。通常是以地震存在不足英里以下的地球表面,紧随其后的是一系列的振动。建筑结构上的双向的地面部队施加在图所示1。这些力量导致一系列的结构振动。

上的力设在和设在可以如下动态方程所示: 在哪里是质量和和地面加速度,由地震波引起的。

建筑的地震运动的主要因素是振幅(位移、速度和加速度)和地面运动的频率。地面运动是复杂的,与振动频率是时变的。地面运动和建筑物振动相互影响,根据建筑结构的固有频率之间的距离和地震活动频率。当地震波频率接近建筑物的固有频率,变得更大的损害。结构分析表明,建筑越短,固有频率越高。控制结构振动的一个主要担忧是关于低频,因为结构的主要部分弹性能量存储在低频区(17]。

2.2。结构模型在双向励磁

一个可控的建筑结构可以被看作是一个平面结构在一个固定的基地。不对称的特点,建立同时诱发侧向和扭转振动,称为扭转耦合(TC) [18),进行双向地震输入。示意图视图的结构包括扭转耦合(TC)如图2。地震力的影响和方向导致建筑振荡如图3。在包括振荡,振动和扭转振动定义为。

最简单的结构是单层横向平移运动在屋檐下的水平。这是一个单自由度系统。运动模型(19] 在哪里是质量,阻尼,刚度,是质量的加速度,质量的速度相对于基地,是位移,是作用力;参见图4。

同样,一个线性结构的运动方程自由度(景深)可以表示为 在哪里,,的质量、阻尼和刚度矩阵,分别,,是相对加速度、速度和位移向量,分别和是外力向量。

技术建模刚度参数可以根据线性(弹性)或非线性(弹性)组件(20.]。线性情况下意味着侧向力和由此产生的变形之间的关系是线性的(21]。

当两个平移和旋转被认为,运动方程是22] 在哪里代表了地震加速度分量,是系统影响系数向量,,,,,,。

TC的数学分析结构收益率以下质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵: 在哪里,是故事的极惯性矩,地板的回转半径,是建筑的许多故事,质量是成正比的阻尼矩阵和刚度矩阵的瑞利方法(23]。

对于一个简单的情况,每层楼的质量集中在底板(故事剪切模型)。两种地震波方向和方向。这里的扭转组件为零;参见图5。左边的图代表三维建筑结构和正确的图展览每层的参数。运动方程显示的相对位移建筑结构对地面运动(10]: 在哪里和是th楼层位移在方向和方向,分别是地板扭转角相对于地面。和是地板列剪切力方向和方向,和是地板列剪切力方向和方向,分别是th地板转矩产生的剪切力,是th地板转矩,的质量吗th地板,转动惯量。在上面的运动方程,和罢工的地面加速度是由于地震的建筑结构。的总受力分析每层建筑和方向的质量乘以每层楼的建筑。地面加速度的扭转组件被忽视的右手边第三个方程为零。建筑的运动和加速度的方向,也就是说,组件,和,分别。由于建筑物的双向运动,会有耦合作用的建筑产生的扭转运动用的建筑组件。

如果我们只考虑设在地震波,建筑上的扭转效应分(24];参见图6。运动方程 在哪里,,,,,,和分别是刚度和粘性阻尼系数的吗平面框架的th地板,的质量吗th地板,转动惯量的吗th地板,质量中心的距离吗th地板的th平面坐标系,总平面框架。是正的,如果th平面框架位于左边的重心;否则,它是负的。

3所示。双向结构控制设备

振动抑制在适当的数量可以防止结构裂缝或崩溃。有些设备这种抑制作用防止结构破坏。控制设备,如致动器、光电隔离器,阻尼器,安装抑制外部振动。这些结构控制设备越来越受欢迎和关注以及它们在建筑结构中的应用。地震灾害的结构控制设备可分为被动的,活跃的,混合,半活性(25]。在过去的二十年里,活跃,半活性和混合控制更加关注比较被动的设备(26]。结构的概念和特点所示的控制设备进行双向地震波。

3.1。无源设备

合并到一个结构被动控制装置。它修改的刚度或阻尼结构在一个合适的方式。被动控制系统不需要外部电源为其操作。它产生控制力相反的运动控制结构系统(27]。被动系统可分为两个基本类别:基础隔震系统和能量耗散系统。

有许多被动控制装置,例如,粘弹性阻尼器,调谐质量阻尼器,摩擦阻尼器,调谐液体阻尼器和隔震系统(28]。一个被动的能量耗散系统的主要功能是减少需求无弹性能量耗散的框架体系结构(29日]。

被动的力量仅仅依赖于结构运动控制装置。他们可以表达为7] 在哪里相对速度在th设备和相关的阻尼系数是什么设备。

我们使用以下部分来描述一些著名的双向控制阻尼器。

调谐质量阻尼器(TMD)被认为是一个能量耗散系统,虽然这个系统的原始概念并不是能量消散。它传输的能量从建筑结构调谐质量阻尼器(吸收剂)。TMD的基本原理是获得最优阻尼参数,为了控制的位移无阻尼系统进行谐波力(30.]。

地震波下的耦合lateral-torsional运动表现出的建筑结构与它们的质量和刚度中心之间的怪癖。文献[31日]研究了调谐质量阻尼器在安排称为耦合调谐质量阻尼器(CTMDs),在平移弹簧和粘滞阻尼器是用于连接质量以一种古怪的方式。CTMD在耦合模式,包括横向和扭转振动。这项技术是利用控制耦合侧向和扭转振动的不对称的建筑。结果显示,CTMDs更有效和鲁棒控制耦合侧向和扭转振动的不对称的建筑。文献[32提出了多重调谐质量阻尼器(mtmd减)与分布式的自然频率。几个研究已经开展建立多重调谐质量阻尼器的有效性,它被证实mtmd减了优于单一的战区导弹防御系统。多重调谐质量阻尼器(MTMD减)系统图所示7。它由一个主系统,调谐质量阻尼器的动态特性不同。主要的系统受到侧向力。主系统和每个TMD在横向方向上振动。由于扭转耦合,主要系统扭转振动。的总自由度系统相结合定义了两个非耦合频率参数的主要系统 在哪里是主要的质量系统,是主要的系统横向刚度,和分别是扭转刚度和回转半径,与主系统的质心,然后呢是极惯性矩有关的故事。

调谐液柱阻尼器(TLCD)均匀截面与U形管连接。的示意图如图8。结构的振动能量转移到TLCD液体通过的运动刚性TLCD容器,从而刺激TLCD的液体。

文献[33]研究了偏心结构的振动控制方法使用TLCD建模为扭转耦合多层剪力结构多维地震激励的控制下。对于多层偏心模型TLCD安排,,,几何、刚度和质量中心,分别,表示层平移位移设在和分别设在表示对垂直旋转角度设在。的运动方程和方向所示 在哪里,,,,,。自然频率,,=液体密度,和阻尼率相关TLCD,和TLCD的位移是液体的吗和的方向。和,和,和的符号长度、宽度和横截面,分别在两个TLCDs液体的。TLCDs的协调立场方向由和。TLCDs的协调立场方向由和。,,地面地震加速度沿吗,,的方向。,,的加速度是吗th楼一起,,的方向。

圆形的调谐液柱阻尼器(CTLCD)如图9。这种先进的控制装置是高度敏感的扭力。CTLCD可以应用扭转振动和扭转耦合振动。的有效性CTLCD结构扭转反应研究[34]。应用随机振动理论来确定最优参数的CTLCD [35]。CTLCD的运动方程是由(36] 在哪里水平圆柱体的半径,是结构扭转加速度,是扭转地面运动加速度。

文献[9)提出了一种新型的控制装置称为质量调谐液体阻尼器(TLMD),控制建筑结构的扭转反应受到双向地震波。的质量TLMD包括TLCD油箱和水箱中的液体。天然橡胶的刚度是补偿。TLMD的主要工作的概念是在一个方向和运行操作TLCD TMD在另一正交方向;参见图10。

TMD的刚度和液体高确定 在哪里和是质量和TMD的调谐频率控制方向和和重力加速度和TLCD的调谐频率。

调谐液柱阻尼器(TLCDs)是一种特殊类型的tld这取决于运动的一列U-tube-like容器中的液体中和结构上的力。阻尼因子的引入在振荡进行了液柱通过一个孔在液体中。然而,阻尼与tmd,是振幅依赖,因此TLCD与非线性动力学方程。另一方面,环形调液柱阻尼器(CTLCDs)暴露在扭转响应非常活跃。地震几乎是多维的,扭转耦合振动因素不容忽视,所以CTLCD更青睐。文献[37]讨论了小说的控制性能密封,扭转调谐液柱气体阻尼器(TTLCGD)为了最小化的弯曲扭转耦合响应plan-asymmetric建筑物地震载荷的控制下。表明TTLCGD相关的分析技术是一种有效的控制装置在抑制频率激励和地震响应。

3.2。活跃的设备

被动控制装置的主要缺点是,他们不能适应固有频率的变化引起的结构非线性和巨大的地震波,尤其是对多个层建筑(1),尽管多个和调谐阻尼器可以应用不同的频率。

自1970年代以来,取得了显著进展领域的土木工程结构的主动控制受到风和地震等自然力量(26]。主动结构控制修改结构运动一些外部力量。主题结构主动控制可以在找到38]。与被动的设备相比,活动系统有以下优点28]:(1)运动控制可以取得更大的效果。(2)在考虑地面运动,相对不敏感。(3)它可以应用于重要的缓解情况。(4)可以灵活选择控制目标。

为了积极控制,外部激励和内部结构响应是必要的。测量信息发送到控制算法来生成所需的控制力量。活跃的设备通常使用位移传感器。

主动调谐质量阻尼器(ATMD)使用控制策略改善调谐质量阻尼器(TMD)。它提高了效率在最小化的结构响应(39]。的证明(40),TMD的品质可以增强通过引入结构和TMD之间的积极力量。ATMD的方法也可以视为ATMD的修改版本,TMD的健壮性版本。

主动控制器应能吸收平扭耦合振动。除了平移振动,地震波下的扭转振动也会影响ATMD的性能。讨论了非对称结构下的耦合lateral-torsional反应(41]。不对称结构的侧向位移和最优参数纳入ATMD所示的两个自由度的(双自由度)结构;参见图11。ATMD的数学表达式生成的主动控制的力量 在哪里是加速度的反馈增益与不对称结构,是ATMD的速度的反馈增益,然后呢的反馈增益ATMD的位移。文献[42)提出了一种新的三维结构的振动主动控制的性能指标。分析证明该性能指标的存在,一个六层的三维结构是考虑作为一个例子,一个完全主动肌腱控制器系统中实现一个方向。分析下的建筑建模为一个结构成员共同组成的刚性层隔膜的方式,在每层楼有三个自由度,横向位移在两个垂直的方向,和一个垂直轴旋转对第三维度。

3.3。半活性设备

半活性控制设备被视为可控被动的设备。这些设备的主要目的是节约资源的控制。半活性控制的执行器不添加机械能直接结构。权力分解半活性控制系统提供一定程度的保护的帮助下嵌入式被动元件。

半活性设备采取被动和主动控制的优点。它需要更少的力量比主动控制设备。它们甚至可以由电池在停电的情况下地震(26]。他们表现明显好于被动的设备。一个详尽的综述半活性设备提出了(25]。

磁流变(MR)阻尼器是最受欢迎的半活性阻尼装置。它作用于磁流变液和由磁场控制。一般来说,磁铁产生的磁场。它需要最少的力量为其操作。暂停一分钟铁粒子在基液称为液体先生。这种类型的液体从自由流动的能力改变线性粘滞状态到半固体状态可控磁场下屈服强度。

结果发现磁场的液体粒子链的形式使用。这些链阻碍液体的流动和凝固的毫秒。压力成正比应用磁场的大小(43]。流体先生的行为可以被宾汉塑性模型,模拟牛顿流的一个扩展。的其他方式确定流体先生的行为来分析流体的屈服应力。总压力是由(44] 在哪里是磁场引起的屈服应力,是剪切速率,是液体的粘度。

MR阻尼器的应用控制扭转和扭转耦合响应进行双向地震波研究[45]。MR阻尼器的土木工程领域的一个重要原因。先生的简单力学模型如图12。在[46),一个原型剪切模式提出了MR阻尼器。

管理力生成的设备是先生 在哪里是设备位移,是进化的变量跟踪响应历史依赖,然后呢,,,可以控制线性卸货和平滑的过渡从preyield postyield地区。

3.4。混合设备

混合基础隔震(HBI)已被许多研究人员感兴趣的问题,因为其有效性,由一个被动基础隔震系统结合控制致动器来生成基础隔震系统的影响。几个研究基础隔震系统进行了安装在几个结构工程项目由于其积极的属性简单,可靠性和有效性。文献[47)提出了头盔显示器的应用系统组成的调谐质量阻尼器和主动质量阻尼器控制扭转耦合双向地震力下建筑结构。在这种情况下,模糊逻辑控制器是用于控制HMD系统。示意图如图13。

头盔显示器系统安装在运动方程故事是由建筑 的质量、阻尼和刚度矩阵的HMD系统,,,分别。是一个矢量位移的HMD系统相对于地板上。和位置向量的绝对加速度吗th地板,和控制命令向量,分别。文献[48]调查混合damper-TLCD控制系统来控制三维耦合的不规则建筑受到双向地震波。仿真结果为控制两个多层时刻抵制空间钢结构与垂直和违规行为,清楚的说明混合damper-TLCD计划控制系统可以显著减少不规则建筑的反应受到各种地震地面运动和提高可靠性和电源故障期间最大的可操作性。比较不受控制,被动控制、主动控制、半活性控制和混合控制设备演示图14。

4所示。双向振动控制

适当的控制器的设计是完全必要的,以便它可以发送重要的控制信号控制设备,以减少结构响应。控制方案中的主要策略防止崩溃双向地震波是控制下的建筑结构平扭耦合响应的建筑结构49- - - - - -52]。在本节中,各种控制策略的基础上,提出了各种技术。双向控制的主要对象是改变建筑结构的平扭耦合响应,为了防止倒塌的建筑下双向地震波(53]。健壮性、容错性、简单性和可靠性标准被认为是(54]。

4.1。在振动控制时间延迟问题

时间延迟的测量为振动控制致动器是一个极限。控制回路包括振动数据测量、数据过滤、控制算法、数据传输和驱动。控制回路也相移的时间延迟(55]。时间延迟可能导致不稳定的闭环(56]。

的运动方程自由度结构随着时间的延迟是 如果是固定的,拉普拉斯变换形式是什么 回顾时滞补偿方法可以在找到57]。

4.2。最优位置

适当的位置传感和控制设备的结构控制是一个重要的研究领域。它给测量和控制操作有效。也会影响控制系统的可控制性和可观察性(58,59]。文献[60]显示位置执行器和传感器的性能指标可以计算汉克尔奇异值和: 在哪里非负相关系数,和表示转移函数的汉克尔奇异值和,和代表输入到系统,和代表系统的输出。文献[61年)表明,传感器被放置在质心。文献[61年)表明,重心可能不适合传感器位置。任意布置的传感器进行双向地震活动要好。文献[2]给出了详细调查的最佳位置控制设备。文献[24)使用能量耗散分析控制器的位置,为了减少平扭耦合效应。它表明的位置附近的几何中心结构可以减小扭转效应。

4.3。线性控制器

PID控制器的工作原理是基于错误的反馈否则是用来计算所需的控制力。在结构应用的情况下如果所需的状态是在平衡位置参考信号被认为是零。PID控制的原理是使用错误的反馈输出信号之间的差异和参考信号。一旦计算错误,控制器的主要目的是最小化误差为下一次迭代过程通过仔细控制输入。它具有以下形式: 在哪里比例增益,积分时间,是时间导数,。PID控制是一个负面的反馈算法。它可以强迫为零。它是最受欢迎的工业控制器。文献[42)使用MR阻尼器与MR-MD方案PID控制双向地震波的三维结构。控制器的目的是计算基本力量控制结构振动。文献[62年]调查活动的有效性肌腱PID控制实现单层扭转耦合结构。比较结构的滑模控制和PID控制系统研究[63年]。文献[64年]调查测量地震波的影响在一个六层非对称结构模型和摩擦阻尼器编译。扭转响应的方法处理控制的不对称结构和获得较低水平的扭转平衡安排实验中心的平衡(ECB)结构的相同距离的边缘建筑计划。每个驱动器的轴向位移控制使用常规PID控制器。摩擦阻尼器在这个研究,证明了它们的有效性控制lateral-torsional联轴器的扭转弹性以及僵硬的结构。

最重要的最优控制器的线性二次调节器(等)和线性二次高斯(LQG)控制。的运动方程可以在下面提到的形式展出: 状态和输入系统矩阵在哪里和,分别。等算法计算控制律标准的性能或成本函数的形式: 是最小的。设计矩阵和收回补偿状态变量的设定值的偏差和控制行动,分别。

增加的元素导致成本函数的增加,与任何相关的补偿追踪所需的设定点的变化状态变量,因此具体的控制增益将会更大。的增加应用矩阵的结果在一个更大的惩罚,无畏的控制作用,而控制增益均匀降低了。最优控制的反馈增益是通过最小化代价函数计算(55]:

文献[65年)提出了一种半活性控制的耦合的平移和扭转振动事件不对称建筑受到地震波。涉及LQG控制器作为名义上的线性控制器,考虑地面加速度与白噪声。的LQG控制器 在哪里状态估计量增益矩阵和吗是等增益矩阵。作者(66年)在他们的研究中实现积极进行实验,以验证隔离和兴奋的行为抗震的建筑物在多向地震力。主动隔离技术结合基础隔震系统和控制执行机构。基础隔震方法提供了有效的方法减少interstory漂移和地板工作阶段的加速度自适应有源系统的性质,以产生更高水平的性能对大范围的地震。在这种方法,LQG控制步骤获得使用等方面和卡尔曼估计量。最优控制增益是通过使用以下: 在哪里是最优控制增益对增广系统的状态。作者(48)研究三维耦合的控制不规则建筑受到双向地震波。找到最优控制力量,涉及利用最优控制的基于小波的算法。有人建议在工作等方面或LQG算法可以作为反馈控制器的控制算法根据提到的调查(28,67年,68年]。作者(69年)在他们的研究中提出了一个连续的最优控制串行连接孤立结构承受双向地震。顺序控制算法固有的能力来构建控制目标函数下双向地震情况。二次形式的目标函数可以展示于(41) 在加权矩阵和代表结构响应和控制力量。,包含在结构响应,是控制开始时间,是控制的结论。序列最优控制的数学表达式描述由以下方程: 在哪里是当前时间,表达的域名是吗和的值可以直接计算。

整个分析的结果是在算法的支持不仅是一个有效的措施来控制双向水平地震的反应也很大程度上减少隔离层运动。文献[70年)调查了lateral-torsional地震反应控制的两层楼的不对称计划建筑与多个磁流变(MR)阻尼器。生成所需的控制力量使用等方面的技术。阻尼力是提取使用最小二乘法最小化。文献[71年]调查相关的响应和谐波地震波对于一个真正的免费计划高楼配备两个调谐惯性质量(TMs)和磁流变(MR)阻尼器。技术等方面的策略是保持作为基准,以提出物理控制器的性能进行比较。一个21-story结构建筑是典型的调查层高3.6米,总高90米。在方向,构建更灵活,有横向扭转耦合的存在。结果,两个经颅磁刺激,一个灵活的边缘和一个僵硬的边缘,是设计和建造21日的故事。控制器用于这个调查非常相似的等控制器实现控制TM-MR阻尼器。

控制方法一直是作为一种有效的方法在结构振动控制的地区,分为线性鲁棒控制。这个方案对干扰和参数的差异,所以这是最优先的多输入多输出(MIMO)类型结构控制系统(72年]。的设计方法控制系统和其有效性提出了73年]。进行分析实际23-story构建在东京使用一对混合质量阻尼器。双向地震波被认为是在调查期间。建立了考虑控制技术方向和单独的方向。弯曲部分的振动控制只有当沿着方向方向,控制弯曲和扭转。控制系统的方案图所示15和16。

控制理论设计控制器的基础上,应用降阶模型中描述 设计的控制器应遵循下列不等式: 在哪里),意思是传递函数从外部输入从外部力量来控制输入和输出,分别。

控制器被安装,然后进行振动测试。这些测试结果表明,生成的控制作用是有效的和按照设计。文献[74年]了一个健壮的最优的使用两个AMD控制系统。AMD系统放置在顶部的不规则建筑的振动控制。建筑受到双向地震波。的控制使用LMI-based解决方案与鲁棒性混合的技术规范。对于一个不确定的结构体系,确定有效的和必要的控制力量,然后优化使用通过LMI见控制 在哪里,,,是相应的干扰。满足约束条件是由。

然后使用上述标准,状态空间方程可以写成 考虑线性时不变的标准以上的状态空间方程,给出了性能指标 在哪里和是加权矩阵。直接输出反馈控制双向加速度下的建筑研究了考虑土壤结构相互作用的影响(18]。调查,反馈控制的肌腱位移矢量直接描绘的方法被发现 在哪里是一个定常反馈增益矩阵的。控制算法被用来找到的条目矩阵。

4.4。非线性控制器

4.1.1。滑模控制

滑模控制(SMC)是专为不确定的非线性系统(72年]。非常有效的鲁棒性对参数变化和外部扰动。它已成功申请的结构控制(75年]。

滑模控制的控制力量 在哪里是线性控制力量的一部分,滑动面,是控制增益。

在[76年),SMC用于控制六层柔性结构的弯曲和扭转振动。控制器需要进入账户两个条件如下。

控制器设计只考虑非线性控制输入:动态系统,给出了开关函数 在哪里切换超平面。非线性控制器具有以下形式: 在哪里是标量的系数,矩阵的乘法因子吗,,。

控制器设计考虑非线性和subequivalent控制输入:非线性控制器具有以下形式: 同时, 滑模控制设计的输入线性和非线性输入的总结。Subequivalent控制输入可以单独测量产生的输出了 在哪里标量是等价的。SMC的重要特征是不确定性和扰动下的鲁棒性。李雅普诺夫稳定性理论证明系统实现稳定(75年]。

10/24/11。基于神经网络的结构控制

神经网络(NN)的特点是一个区域由数量的神经元及其互联和层的技术评估权重的连接称为学习算法。在[77年),一个基于神经网络模拟器计算2 d的反应涉及原有建筑的框架结构。反向传播算法的前馈多层感知器(54结构控制。文献[78年]提出了一种小波神经网络(基于算法的有源非线性控制器对3 d建筑物受地震激励和的方向。

与经典的组合神经网络控制理论产生更好的控制结果(79年,80年]。的混合智能控制算法应用于半活性控制的磁流变(MR)阻尼器(74年]。它是受到双向地震波。结构通常需要的训练数据归一化 在哪里是输入组件及其域是什么。文献[81年)提出了一种直接自适应神经控制器进行双向地震输入。系统参数和力的非线性估计不确定性,由自适应控制器可取消。控制律是 在哪里,是映射函数,所需的控制力量。神经网络用于模式。参考文献(82年,83年使用神经网络进行结构可靠性分析。文献[84年)提出了一种基于神经网络的预测方案多个地震波下结构系统的动态行为。神经网络预测包括两种不同的方式:非适应计划,使用多个在训练神经网络,利用加速度计结构地震响应的预测;一种自适应方案使用多个感应器的培训。

4.4.3。模糊控制

语言标准是模糊控制规则的一个有效的特性,可以很容易地修改和理解清楚(85年]。应用模糊逻辑在结构控制研究[17]。文献[47)提出了一种模糊逻辑控制器和多目标优化设计驱动混合质量阻尼器(HMD)扭转耦合地震反应控制的兴奋的建筑。HMDs HMD系统包括四个安排在这样一种方式,该系统可以有效地控制扭转振动模式除了纹理的振动模式。模糊逻辑控制器的设计方法)是基于选拔程序,包括5个输入变量的隶属度函数和7个输出变量的隶属度函数。输入和输出变量包括加速度和速度,,方向和控制命令,分别。

在他们的研究中,钟形隶属度函数已经使用和代表 在哪里隶属函数的半宽度在0.5会员级别,是隶属函数的斜率,是隶属函数的中心位置。

最小化的结构扭转反应提出了使用半活性阻尼器(86年]。在他们的调查中,MR阻尼器采用实时控制的地震波下结构的响应。MR阻尼器的模糊建模方法已被证明在87年]。文献[88年]提出了一种数值研究表明监督有效性的模糊逻辑控制器倾斜破旧的九层基础隔离结构地震反应控制影响translation-torsional运动。文献[88年)适用于监督模糊控制器控制两个低级模糊控制器。重量是由 在哪里和权重因素吗和是命令电压。文献[89年)表明,动态模糊小波神经网络可以精确地预测结构的位移。文献[78年)提出了基于小波神经网络算法)模型的有源非线性控制器的响应控制3 d建筑物受地震激励的和的方向。主要目的是控制三维不规则结构的扭转和横向运动。使用一个动态的结构响应预测模糊算法的模糊小波neuroemulator。估计未来的时间步骤有效控制结构响应是完全必要的。这个方法是至关重要的在确定所需的控制力量的大小。

4.4.4。结构控制和遗传算法

荷兰,1975年,是第一个提出遗传算法(GA)的总体方案和使用自然遗传理论来构建一个最优搜索算法(90年]。一个遗传算法可以分为三个部分91年]:(1)编码和解码成字符串形式的变量。(2)适合每个解决方案的字符串。(3)计算字符串的下一代应用遗传算子。

优化问题的目的是评估的最低性能指标:

GA方法构造控制的应用程序发布的各种研究。文献[92年)利用GA MR阻尼器减少平扭耦合反应的不对称结构。国家重点实验室的实验进行了在大连理工大学海岸和近海工程。多态的参数控制策略(MSC),利用速度响应作为状态切换参数优化的遗传算法(GA)方法。这MSC开发意图控制扭转非对称结构的地震响应。在他们的研究中,MR阻尼器的阈值向量是使用遗传算法优化。速度响应的参数和阈值向量的MR阻尼器由GA优化方法。文献[93年)提出了一种新的neurogenetic算法评估最优控制部队3 d建筑结构的主动控制。它包括几何和材料非线性、横向和扭转运动之间的耦合作用,致动器动力学。在这种情况下使用浮点遗传算法。使用的方法可以分类如下:(i)的染色体表示,(ii)初始种群,(iii)函数与健康有关,(iv)选择功能,遗传算子(v), (vi)终止计划。

在调查中所提到的,应用非均匀变异算子的遗传算子来评估新一代更好的解决方案。它是表达的 在哪里,是th染色体有关当前人口变量值,提高价值的有关新一代相同的变量,然后呢是robability突变的函数。

研究结果表明,新的控制技术有效地减少了响应的两个不规则三维建筑结构地震输入下包括与计划和不规则的立面结构。研究结果表明,新的控制技术有效地减少了响应的两个不规则三维建筑结构地震输入下包括与计划和不规则的立面结构。文献[78年)发展一个新的非线性控制模型为一个3 d建筑结构的主动控制。最优控制的力量计算浮点遗传算法对其求解。GA可以帮助决定的位置控制装置(45]。耦合torsional-lateral响应由半活性衰减控制下双向地震输入。文献[94年]给出了技术减少空间结构的地震效应的磁流变(MR)阻尼器的安装。它使用小人口解决优化问题嵌入到半活动的控制。遗传算法用于优化阻尼器被动控制器增益的参数和在95年]。

吸收器的概念系统多目标优化设计为扭转耦合地震兴奋结构提出了(47]。它使用遗传算法的多目标版本提取吸收塔系统的设计参数。这两个分支锦标赛所提到的遗传算法(96年)两个分校比赛GA扩展到三路比赛GA和适用于多个bjective TMD系统的优化。

5。结论和讲话

在评估中,建筑结构的建模和结构控制技术进行双向地震被认为是。与正常结构控制器的主要区别是lateral-torsional耦合响应。最近我们讨论新技术、方法和概念在这个地区。在过去的二十年里我们集中所有重要的结果在结构工程领域的双向地震。

从上面的分析,我们有以下重要的观察:(1)大多数现有的评论只考虑单向地震波下的结构控制。本文探讨了双向地震波的影响,这对真正的地震是正常的。(2)真正的建筑通常是不对称的性质在某种程度上。这些标准诱发侧向和扭转振动相结合。(3)减少结构的平动和扭转响应往往涉及多个阻尼器的使用(97年]。(4)混合动力控制装置更受欢迎是由于地震沿着三自由度振动的能力。作者(47,98年在调查使用了混合质量阻尼器控制在三自由度振动。该HMD HMDs系统包括四个安排在这样一种方式,该系统可以有效地控制扭转振动模式除了挠曲振动模式。(5)一些论文使用滑模控制来减少平扭耦合振动与双向地震输入。(6)找到位置的控制装置是一个具有挑战性的任务尤其对耦合侧向和扭转反应。(7)在建筑结构受到多重作用,在线识别技术是更好的使用。(8)结构控制的智能控制是有利的,因为它不需要系统的信息。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

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