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输电塔风振响应的主动控制研究

吴金燕  
【摘要】:随着我国经济的快速增长,电力电网的建设也得到了稳步发展。作为重要的生命线工程,输电塔的风致破坏,不仅会导致供电系统的瘫痪,严重影响着人们的生产建设与生活秩序,而且可能会引发火灾等次生灾害,给社会和人民生命财产安全造成严重的后果。因此,关于输电塔风振响应的控制研究,已成为电力工程和土木工程领域内重要的研究方向之一。目前,数值模拟是研究输电塔风振响应主动控制的有效手段之一。本文围绕采用GMM作动器的输电塔风致振动控制问题进行了数值模拟分析,并对输电塔进行了有限元分析,其主要工作包括以下几个方面: (1)研究了风速的基本特征,并基于谐波叠加法的原理,利用MATLAB语言编写了模拟风速时程的程序,生成了设计风速下的风荷载时程样本。 (2)应用有限元软件ANSYS9.0建立了输电塔架的三维有限元模型,并通过模态分析,得到了输电塔模型的前几阶频率和振型等动力特性,并验证了采用梁单元建立模型的适用性。 (3)介绍了输电塔架结构主动控制系统的组成及基本的控制理论,并基于现代控制理论,建立了输电塔架结构的状态空间模型。 (4)基于线性二次型经典最优控制算法作为控制策略,编写了LQR控制算法程序,并对输电塔架结构进行了风振响应主动控制的动力时程计算。 (5)基于遗传算法得出的作动器数量和位置的优化结果,对比分析了采用GMM作动器的输电塔在有控、无控下的风振响应特征,结果表明,GMM作动器确实能够起到减缓输电塔架结构风振响应的作用。由此可知,通过合理的控制策略,便可实现对输电塔架结构风振响应的主动控制。 通过本文研究表明,在输电塔架结构中合理的加入GMM作动器,并应用适当的主动控制策略,对于解决输电塔架结构的风振响应问题具有重要的理论意义,并有广阔的应用前景。


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