论文题目: 水工弧形闸门流激振动的MR智能半主动控制仿真研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 杨世浩
导师: 瞿伟廉
关键词: 弧形闸门,流激振动,简化模型,荷载模拟,磁流变阻尼器,半主动控制,遗传算法,模糊控制
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水工弧形钢闸门由于结构轻巧，操作方便，得到了广泛的应用。但同时也因为刚度、阻尼小，容易振动。弧形钢闸门在侧止水漏水或失效和下游淹没出流的小开度组合情况下，将发生强烈的自激振动。对这种自激振动采用水力学条件优化和结构优化并不能较好地抑制闸门的强烈振动，而且这种优化只能在闸门建造前应用。智能材料的发展和振动控制技术的运用，为解决闸门的强烈自激振动问题提供了可能和新的途径，特别是对已建闸门，意义更大。本文主要致力于寻求一种能进一步解决闸门自激振动问题的有效控制装置和控制策略。本文以某水利枢纽的导流底孔弧形钢闸门为研究背景，根据简化三维模型和模拟的时程荷载，对MR智能阻尼器用于弧形闸门结构的流激振动反应减振控制进行了多种智能半主动控制研究。 本文首先基于三维空间有限元模型的动力分析建立了弧形闸门结构动力等效的三维多自由度集中质量简化模型，并利用简化模型进行了结构的动力特性和振动反应分析。两种模型的动力特性和振动反应比较表明，弧形闸门的减振控制中可以采用本文建立的三维多自由度简化模型。 然后，根据弧形闸门水弹性模型实验结果和相关实测结果用遗传算法模拟了产生破坏性振动的激振平稳脉动荷载和非平稳脉动荷载时程曲线，并提出了非平稳荷载时程的时变AR建模方法。该法假定时变参数按马尔可夫方式变化，采用最大似然估计、过滤和平滑的方法获得AR模型的时变参数。 模糊逻辑控制是一种特别适用于无法得到准确数学模型、多输入、具有不确定因素、非线形系统的控制方法。基于多种群遗传算法的模糊系统的优化设计，把模糊控制和遗传算法结合起来，用遗传算法优化模糊控制的隶属度函数和控制规则，充分发挥了遗传算法强大的寻优能力，构成一种控制优化的设计思想，改善了模糊控制的效果。把遗传优化模糊控制和半主动控制结合起来，构成了本文的优化模糊半主动控制策略。 根据水工弧形闸门的结构特点，建立了水工弧形闸门结构MR阻尼器智能减振系统模型，对智能控制系统模型采用LQ半主动控制策略和遗传优化模糊半主动控策略进行了仿真研究。研究结果表明，采用这两种半主动控策略的智能阻尼器均能有效地减小弧形闸门结构的振动反应，并且减振效果对平稳荷载和非
论文目录:
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 课题工程背景及研究意义
1.3 结构振动控制技术的发展
1.3.1 被动控制
1.3.2 主动控制
1.3.3 混合控制和半主动控制
1.4 可控流体阻尼器
1.4.1 可控流体材料在智能材料减振结构系统中的应用
1.4.2 磁流变液阻尼器
1.5 本文的主要工作及创新之处
第二章 水工弧形钢闸门的力学模型、动力特性及流激振动反应分析
2.1 引言
2.2 概况
2.3 弧形闸门三维有限元模型
2.4 弧形闸门三维简化模型
2.4.1 质量矩阵
2.4.2 刚度矩阵
2.4.3 阻尼矩阵
2.5 动力特性分析
2.6 结构振动反应分析
2.7 本章小结
第三章 振动荷载的模拟与建模
3.1 平稳脉动荷载的模拟
3.1.1 前言
3.2.2 模拟方法概述
3.2.3 遗传算法模拟
3.2.4 平稳荷载模拟
3.2.5 结论
3.2 非平稳脉动荷载的模拟
3.2.1 引言
3.2.2 建模方法概述
3.2.3 时变参数建模
3.2.4 作用于闸门的水流脉动压力
3.3 本章小结
第四章 设置MR阻尼器的弧形钢闸门的力学模型
4.1 引言
4.2 MR智能阻尼器
4.2.1 MR流变液
4.2.2 MR智能阻尼器
4.2.3 MR阻尼器的阻尼性能试验
4.2.4 MR阻尼器力学模型
4.3 设置MR阻尼器的闸门结构的力学模型
4.3.1 三维集中质量模型
4.3.2 质量矩阵
4.3.3 刚度矩阵
4.3.4 阻尼矩阵
4.3.5 动力特性分析
4.4 受控闸门结构的运动方程
4.5 本章小结
第五章 弧形钢闸门流激振动反应的最优半主动控制
5.1 引言
5.2 LQ主动控制策略
5.3 “开关—耗能”半主动控制策略
5.4 LQ半主动控制计算与分析
5.4.1 计算结构概况
5.4.2 智能半主动的控制效果
5.4.3 智能半主动控制与被动控制效果的比较
5.4.4 智能阻尼器参数对半主动控制效果的影响
5.5 本章小结
第六章 基于遗传算法的优化模糊控制
6.1 引言
6.2 模糊控制器的常规设计过程
6.3 常规模糊控制规则
6.4 遗传算法优化隶属度函数和控制规则
6.4.1 混合编码及解码
6.4.2 多种群遗传算法的操作
6.4.3 算法实施步骤
6.4.4 仿真研究
6.5 本章小结
第七章 弧形钢闸门流激振动反应的优化模糊控制
7.1 引言
7.2 模糊控制策略
7.2.1 常规模糊控制器
7.2.2 优化模糊控制器
7.3 优化模糊控制和LQ控制比较
7.3.1 平稳荷载作用下控制效果的比较
7.3.2 非平稳荷载作用下控制效果的比较
7.3.3 控制器的稳定性
7.4 优化模糊控制与其他控制的比较
7.5 本章小结
第八章 结论与展望
8.1 结论
8.2 展望
参考文献
作者攻读博士学位期间发表和完成的论文
作者攻读博士学位期间参与的研究课题
致谢
发布时间: 2006-11-09
参考文献
- [1].低水头水工钢结构弧形闸门流激振动研究[D]. 刘永林.东北大学2005
- [2].弧形闸门局部开启时闸前漩涡水力特性研究[D]. 孙洪亮.大连理工大学2016
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