基于区域极点配的隔震换能控制.PDF

第 11卷 第 1期 广州大学学报 (自然科学版) V01．11 No．1 2012钲 2月 JournalofGuangzhouUniversity(NaturalScienceEdition) Feb． 2012 文章编号 ：1671—4229(2012)01-0044-05 基于区域极点配置的隔震换能控制 孙作玉 ，王 晖 (广州大学 土木工程学院，广东 广州 510006) 摘 要：隔震换能控制系统是一种新型半主动控制方式，具有隔震换能和主动控制的双重功能，既避免了传统 主动控制需要提供主动控制能源所带来的控制成本高、可靠性不易保障的问题 ，又克服了传统半主动控制控制 力局限性较大，影响控制效果的不足．理论分析及试验研究表明，换能器的换能效率与其相对位移、蓄能器的参 数等因素有关．将隔震换能装置布置于隔震层 ，并将控制器安装在结构的顶层，以提高换能效率和结构的控制 效果．采用区域极点配置，应用线性矩阵不等式求解方法，设计了便于工程应用的鲁棒控制器，兼顾了系统不确 定性因素的影响和控制性能指标的要求． 关键词：隔震换能控制；极点配置；鲁棒控制；线性矩阵不等式；系统不确定性 中图分类号：O327 文献标志码 ：A 建筑结构在其服役期 内可能经受地震激励或 方案不需要额外的主动控制能源，却可以实施主 强风等随机荷载的作用，为了减轻外界激励对结 动控制，不但综合了主动控制和半主动控制的优 构物的影响，提高其安全性和可靠性，传统的手段 点，而且避免了两者的不足． 是通过提高结构的抗力来应对 ，即加大构件 的尺 本文研究多层建筑结构在地震激励下的鲁棒 寸或采用强度更高、性能更好的建筑材料．另一种 控制问题，采用隔震换能控制方案．考虑到换能器 方法则是采用结构振动控制技术 ¨ J，对结构施 的换能效率与其工作时的相对位移、蓄能器的参 加控制，使其具有更经济、可靠和安全的性能．经 数等因素有关 一 ，将换能器布置于结构的隔震 过近 5O年来的研究和发展，证 明这是一种行之有 层处，以充分发挥其隔震和换能的效率；并在结构 效的技术措施．结构振动控制可分为被动控制、主 的顶层施加主动控制，这对于在地震激励下，多层 动、半主动和智能控制．被动控制采用隔震或耗能 建筑结构的振动以层剪切变形为主的情况，可加 元件即可实现，技术简单，因而得到了广泛的工程 强振动控制效果．将换能器与隔震层的力学参数 应用，但其控制效果有时并不理想；对比而言，主 进行等效简化，应用区域极点配置法 j，通过求解 动控制的控制效果好，但是其技术实现复杂，由于 线性 矩 阵不等 式 (LinearMatrixInequalities， 需要提供持续稳定的能源供应，成本较高，同时也 LMI)¨ ，设计了便于工程应用的鲁棒控制器． 潜在可靠性不易保障的问题．半主动控制则以其 耗能小、反应快的特点成为 目前研究热点 j，但是 1 多层建筑结构隔震换能控制 由于采用主动控制的方式，实施的却是被动控制， 因此其控制效果依然有很大的局限性． 1．1 隔震换能控制装置简介 隔震换能控制 是近年来提出的一种新的 隔震换能装置原理见图1，该装置主要 由双向 半主动控制方案，其主要特点是兼具隔震换能和 液压油缸、蓄能器、单向阀、电磁阀、溢流阀、油箱 主动控制的功能．其中的换能装置可以将结构在 和油路等部件组成．通过电磁阀的主动控制，该装 外界荷载激励时产生的一部分动能转换为液压能 置可以进行换能或控制．当工作在换能状态时，装