新型磁流变阻尼器及其智能控制方法研究

论文摘要

结构智能控制系统是结构抗震领域的学术前沿,它基于磁流变(MR)阻尼器等新型智能材料和半主动控制理论,并有效结合各种优良的智能控制算法,不仅控制过程稳定、可靠,而且节约能源,易于实现,近年来已逐渐成为国内外研究的热点领域,并取得了一定程度的工程应用。随着应用范围的不断拓展,各种实用化技术难题相继涌现,对智能控制系统的品质提出了新的挑战。本文围绕基于磁流变阻尼器的结构智能控制系统,就其理论和实用化展开了一系列的研究工作,概括起来主要包括以下几个方面:(1)针对目前结构振动控制的应用要求,对磁流变阻尼器的力学特性和结构设计进行了较为深入的分析探讨,通过各种结构参数的优化比较研究了阻尼器结构设计的原则;利用有限元软件分析了阻尼器的磁路动态性能,探讨了磁场的优化布置;(2)基于对磁流变阻尼器微观力学特性的优化分析,设计了一种活塞表面刻有螺旋凹槽的阻尼器,通过不同形式螺旋纹的分析比较和性能试验,证实了螺旋凹槽对提高阻尼力的有效性;(3)对自行研制的螺旋凹槽结构磁流变阻尼器流变机理进行了相应的分析探讨,并基于流体挤压模式的受力分析,修正了螺旋凹槽阻尼器的伪静力模型,最后结合试验数据研究了阻尼力的影响因素和滞后特性;(4)基于磁流变阻尼器的磁路分析,设计了一种多级装配式的阻尼器,根据磁路走向特点,将活塞分离为各个独立的部件,并加入永磁铁,通过各种不同形式的装配组合研究了永磁铁的布置对磁路性能的影响;(5)基于目前结构控制的实用化要求,研究了磁流变阻尼器的动力滞回模型,结合神经网络和模糊理论,建立了阻尼器的实用正、逆向滞回模型;(6)针对土木工程结构振动控制中极易出现的时滞问题和阻尼力滞后现象,运用神经网络等智能控制理论设计了可在线补偿的控制算法;(7)研究了磁流变阻尼器的智能控制算法,仿真分析了基于磁流变阻尼器的结构振动模糊控制,通过高层建筑结构的实例仿真分析,验证了磁流变阻尼器智能控制系统的有效性和可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据
• 1.2 磁流变液研究现状
• 1.3 结构控制用磁流变阻尼器装置型式
• 1.4 磁流变阻尼器力学模型的研究进展
• 1.5 磁流变阻尼器的控制策略
• 1.6 磁流变阻尼器在结构控制中的工程应用
• 1.7 本文主要研究工作
• 第二章 磁流变阻尼器的构造设计
• 2.1 引言
• 2.2 磁流变液的选取
• 2.3 磁流变阻尼器的参数优化
• 2.4 磁流变阻尼器的结构设计
• 2.5 磁流变阻尼器的磁路设计
• 2.6 本章小结
• 第三章 磁流变阻尼器的磁场有限元分析与磁路优化
• 3.1 引言
• 3.2 磁路饱和有限元分析
• 3.3 多级装配式MR 阻尼器及其磁路有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 磁流变阻尼器的性能试验
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.3 MR 阻尼器的动力特性
• 4.4 磁流变阻尼器的实用逆向动力模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 新型螺旋凹槽结构磁流变阻尼器及性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 螺旋凹槽的设计与阻尼力的微观优化
• 5.3 螺旋凹槽结构磁流变阻尼器的力学性能
• 5.4 螺旋凹槽结构磁流变阻尼器的阻尼力模型及其修正
• 5.5 本章小结
• 第六章 应用磁流变阻尼器的神经网络预测控制方法
• 6.1 引言
• 6.2 结构模型的简化
• 6.3 应用神经网络的在线补偿器
• 6.4 基于在线补偿的预测控制算法
• 6.5 数值仿真分析
• 6.6 本章小结
• 第七章 应用磁流变阻尼器的模糊控制方法
• 7.1 引言
• 7.2 基于模糊理论的半主动控制
• 7.3 在线自适应调节的模糊控制方法
• 7.4 工程结构算例分析
• 7.5 本章小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 研究展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢