结构振动的滑模变结构控制研究

论文摘要

本文的研究内容属于地震工程结构控制研究范畴。结构振动控制的研究包括控制装置和控制策略两部分。虽然结构振动控制的研究已经取得长足的进步,许多控制装置已经成功地应用于实际工程之中,然而关于结构振动控制策略的研究还存在许多问题。被控系统的非线性、强时变、结构参数的不确定性,连续被控系统模型的离散化,结构体型的复杂多变性以及控制力实施过程中的“时滞现象”,都给振动控制策略的研究带来很大的挑战。因此,寻求对结构参数不确定的强鲁棒性的结构振动控制算法,在离散条件下,研究其对结构的振动控制,同时考虑结构偏心和控制延时的影响,这是一项非常有意义的工作。 通过阅读大量国内外文献,在对前人在结构振动控制领域所取得的成果进行科学总结的基础上,本文就滑模变结构控制方法在结构振动控制中的应用作了不同的研究层面上的新的探索和尝试。从所面向的控制装置层面上,研究并分析了变结构控制算法对主动质量阻尼器（AMD）和调液柱型阻尼器（TLCD）的支持情况;从被控结构类型层面上,研究并分析了由变结构控制算法支持的主动或半主动控制器对相邻结构、偏心结构以及海洋导管架平台结构的振动反应控制;从数值仿真分析的控制系统模型的类别层面上,主要采用了更贴近于实际结构控制的离散时间系统;从变结构控制算法本身的改进层面上,研究了普通滑模变结构控制算法以及基于模糊逻辑和BP神经网络的变结构控制算法在结构控制上的不同应用;从控制分析的特点层面上,研究了“控制延时”的大小对控制品质的影响。循着上述不同角度的研究层面,本文的研究工作按如下内容具体的展开: 建立并开展了考虑控制延时影响的相邻建筑结构的离散变结构振动控制方法研究。首先阐述了不含控制延时和包含控制延时两种情况下的连续控制系统模型的离散化理论,并在此基础上,建立了考虑控制延时效应的相邻结构控制系统的离散状态方程并将其标准化。然后应用离散变结构控制理论对一相邻建筑结构体系的半主动控制问题进行了仿真分析,研究并分析了控制时滞对该相邻结构控制系统减震性能的影响。 建立并开展了考虑控制延时的AMD-偏心结构体系的离散变结构控制方法研究。首先建立了AMD-偏心结构体系的力学模型及连续运动状态方程,并根据双输入系统有时滞项离散状态方程变为无时滞项标准离散状态方程的推导结果,将其离散化成标准离散状态方程形式。然后应用离散变结构控制理论对在结构顶层的两个正交方向同时设置

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 结构振动控制的研究进展
• 1.2.1 结构被动控制
• 1.2.2 结构主动控制
• 1.2.3 结构混合控制
• 1.2.4 结构半主动控制
• 1.2.5 结构振动控制算法
• 1.3 建筑结构振动变结构控制研究进展
• 1.3.1 滑模变结构控制的主要特点
• 1.3.2 变结构控制理论研究概况
• 1.3.3 变结构控制应用研究的发展概况
• 1.3.4 建筑结构振动变结构控制研究进展
• 1.4 论文主要研究内容
• 第二章 滑模变结构控制基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 连续系统的滑模变结构控制理论
• 2.2.1 理想滑模变结构定义
• 2.2.2 理想滑模变结构控制的动态品质问题及趋近律
• 2.2.3 切换函数的结构形式及设计方法
• ±（X）的结构形式及求取方法'>2.2.4 变结构控制U^±（X）的结构形式及求取方法
• 2.3 离散系统的滑模变结构控制理论
• 2.4 抖振问题及其削弱方法
• 第三章 考虑控制延时影响的相邻建筑结构振动的离散变结构控制
• 3.1 引言
• 3.2 连续控制对象模型的离散化理论
• 3.2.1 不带延时的连续控制对象模型的离散化
• 3.2.2 包含延时的连续控制对象模型的离散化
• 3.3 控制系统的运动方程
• 3.4 连续状态方程离散化和标准化
• 3.5 离散变结构控制设计
• 3.5.1 切换平面的设计
• 3.5.2 离散趋近律（到达条件）
• 3.6 实例仿真分析
• 3.7 结论
• 第四章 考虑控制延时的AMD-偏心结构体系的离散变结构控制方法
• 4.1 引言
• 4.2 控制系统的运动方程
• 4.2.1 多层偏心结构-AMD体系的计算模型
• 4.2.2 体系的运动方程
• 4.3 连续状态方程离散化和标准化
• 4.4 离散变结构控制设计
• 4.4.1 切换平面的设计
• 4.4.2 离散趋近律（到达条件）
• 4.5 实例仿真分析
• 4.6 结论
• 第五章 半主动TLCD对偏心结构的离散模糊变结构控制
• 5.1 引言
• 5.2 模糊逻辑控制技术的基本知识
• 5.2.1 模糊逻辑控制器的基本原理
• 5.2.2 模糊逻辑控制器的设计
• 5.3 控制系统的运动方程
• 5.3.1 多层偏心结构-TLCD体系的计算模型
• 5.3.2 体系的运动方程
• 5.4 模糊滑模控制
• 5.4.1 切换平面的设计
• 5.4.2 基于模糊逻辑的变结构控制律
• 5.5 控制策略
• 5.6 实例仿真分析
• 5.7 结论
• 第六章 半主动TLCD对固定式海洋平台的离散神经网络滑模控制
• 6.1 引言
• 6.2 基于ANSYS的原型结构模态分析
• 6.2.1 原型结构概述
• 6.2.2 有限元建模及模态分析结果
• 6.3 TLCD-储油罐平台减震试验
• 6.3.1 测试仪器和分析软件
• 6.3.2 减震试验
• 6.4 半主动TLCD对固定式海洋平台的离散神经网络滑模控制
• 6.4.1 神经网络的基本理论
• 6.4.2 控制系统的运动方程及其离散化状态空间表达
• 6.4.3 基于神经网络的滑模控制
• 6.4.4 控制策略
• 6.4.5 半主动TLCD对海洋平台振动控制的仿真分析
• 6.5 结论
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书