高层建筑结构的振动控制研究

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随着经济的发展和城市化进程加速,各种高层建筑、大跨度空间建筑等大规模建设,人们对这些建筑物在地震等自然灾害情况下的抗震能力有了更高的要求。由于地震灾害具有随机性、突发性和不确定性等特点,传统的结构抗震设计很难有抵御这些灾害的能力,所以通过工程技术对结构进行控制已经成为一个热门的综合性学科,并且已经有大量的实际工程案例。  总结国内外近30余年对建筑结构振动控制的研究与应用的历史,大体上可以分为三个部分:基础隔震、被动耗能减震以及主动、半主动和智能控制。前两者是应用最早的控制方法,它们具有结构简单、造价低、无需外部能源等特点,所以也是应用最为广泛的控制方法。而主动、半主动和智能控制需要严密的科学理论、具有优良的控制效果、更加宽广的应用范围以及灵活性等特征,吸引了大量国内外科学工作者的研究和应用兴趣。并且这是一门多学科交叉以及融合了大量的高新技术的学问,使得多学科的科学工作者广泛交流与合作,快速的促进了这个领域的发展历程。  本文在前人研究的基础上,主要讨论了建筑结构的被动控制和主动控制问题。建立建筑结构振动控制模型,针对不同的控制方法采用适当的控制算法,并根据具体模型进行理论推导。本文所采用的极点配置法、最优控制法及模糊PID控制法都是将系统置于模态空间来考察的,通过将多自由度系统的振动控制转化为在模态空间内少量几个模态的振动控制。模态控制法分为耦合模态控制和独立模态控制,本文采用独立模态控制对系统的前三阶主要模态进行控制,其优点是可以实现对所需控制的模态进行独立控制,而不影响其他未控模态。这样大大减少了计算量,并且设计方便、不会导致系统出现不稳定的情况,但是其缺点是需要较多的作动器。然后结合Matlab/Simulink强大的运算能力,对控制系统进行仿真分析,这样我们就能很直观的通过仿真图形比较分析各控制算法的控制效果以及差异。运用计算机求解的另外一个好处是能够很方便的进行参数调整,以便达到理想的控制效果。本文结合实际工程所得到的相关结论,希望对实际工程的应用具有理论价值。
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