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结构振动半主动控制分析及仿真程序研究

许祖德  
【摘要】:土木工程结构的安全一直面临着地震、风等动力荷载的严重威胁,运用振动控制理论,对结构在地震等动力荷载下的振动予以控制,可以有效减轻结构的动力响应,避免结构过早破坏。与结构振动主动控制相比,结构振动半主动控制,特别是采用了磁流变液等智能材料的半主动控制装置,耗能少,控制效果几乎可以与结构振动主动控制相媲美,因此备受广大研究者的青睐;此外,结构振动控制系统的数值仿真一直是研究热点,吸引了广大学者与研究人员的眼球。 本文首先介绍了结构振动控制的基本原理、常用的振动控制算法以及磁流变阻尼器的力学模型和Benchmark问题。然后以76层钢筋混凝土Benchmark模型为例,用MATLAB语言编程,并用SIMULINK建模,系统分析了该模型无控、主动控制(LQR控制算法)、采用了磁流变阻尼器的半主动控制(简单Bang-Bang控制算法、最优Bang-Bang控制算法、限界Hrovat最优控制算法、模糊控制算法)分别在ElCentro波、Kobe波、Northridge波输入下的动力响应,并对各种控制算法振动控制效果进行了比较。最后,充分利用MATLAB自带的图形用户界面GUI工具,进行了GUI设计,自主编写了用于结构振动半主动控制仿真分析的程序系统SEMACTCONsystem。 本文综合运用MATLAB语言、SIMULINK仿真工具箱和GUI工具,对结构振动半主动控制仿真分析进行了较深入地探讨,并将仿真分析过程集成于可视化程序系统,为后续结构振动控制系统数值仿真研究提供一个方便的工具与平台。


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