基于智能隔震结构Benchmark模型的控制算法及仿真分析

【摘要】：将主动或半主动控制元件与基础隔震系统结合起来的智能隔震体系,能有效的提高被动隔震结构的整体工作性能。控制算法是智能隔震控制的理论基础,它在很大程度上决定着智能隔震体系得减震效果,因此,建立一个标准的、能够被广泛接受的智能隔震结构模型来比较各种控制算法就具有很大的理论价值和现实意义。为此,美国土木工程师协会、美国Duke大学的Gavin和南加州大学的Johnson提出了智能隔震结构Benchmark模型。 本文以该Benchmark模型为研究对象,分析了模型的特点,建立了其在双向地震激励输入下的运动方程。讨论了经典最优控制算法、线性二次型高斯算法、瞬时最优控制算法和序列最优控制算法的思想和推导过程,并对它们的模型特点进行了分析。利用Simulink仿真软件建立智能隔震结构Benchmark模型的仿真模型,提出了线性二次型高斯控制算法和序列最优控制算法在仿真环境中的实现方法。以该Benchmark仿真模型为平台,对线性二次型高斯控制算法和序列最优控制算法的仿真结果进行了分析,并利用智能隔震结构Benchmark模型的综合评价指标对两种算法的控制效率进行了比较和评价。仿真结果表明,无论是哪种控制算法,都可以有效的减小隔震结构的响应,表明智能隔震是一种比被动隔震更为优越的控制策略;对序列最优控制算法和线性二次型高斯算法的控制效果进行横向比较,前者能在更大程度上削减结构的动力响应,而两种算法得到的控制力相差不大,这说明序列最优算法的控制效率更高,显示出一定的优越性。