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振动与冲击 第26卷第10期 JOURNALOFⅥBRAllONANDSHOCK 基于预测算法的结构振动半主动控制 王亮，黄真，周岱 (上海交通大学船建学院土木工程系，上海200930) 摘要：根据离散时间状态下的Newmark时域积分方法预测结构响应值，通过在一定范围内寻找适当的控制力参 数使目标函数最优，达到对结构振动响应的预测控制。对地震波作用下配置磁流变阻尼器的的两层框架结构进行数值分 析，讨论控制策略中有关参数变化对振动抑制效果的影响。分析结果表明基于Newmark-B预测算法的结构振动响应半主 动控制优于基于全局最优解的经典反馈控制系统，控制效果明显、鲁棒性好。 关键词：结构振动控制；磁流变阻尼器；半主动控制 中圈分类号：TU352．1 文献标识码：A 利用智能材料的特殊性能设计的半主动振动控制 的阻尼器控制力参数使目标函数最优，达到对结构响 结构具有经济、灵活、智能化程度高、控制效果好等优 应的预测控制。在此理论分析基础上，本文对Kobe地 点，已成为了当今国际研究的一个热点。特别是磁流 震波作用下的两层框架结构进行了数值分析并与文献 变阻尼器(MR)构造简单、响应速度快、耐久性能好、阻 [8]的试验数据进行对比。同时讨论了控制策略中各 尼力大且连续可调等优点使其成为结构新一代高性能 参数的变化对振动抑制效果的影响，可为参数进一步 半主动减振装置，在结构振动控制方面得到初步应用， 优化设计提供参考。本文分析结果表明基于Newmark一 展现出良好的应用前景”。1。目前国内外学者对基于 口预测算法的半主动控制具有控制效果明显与鲁棒性 MR阻尼器的结构半主动控制律的研究主要集中在经 好等优点。 典线性最优(COC)算法、瞬时最优控制(IOC)算法、 1 Newmark毋法预测模型 LQG控制算法等”。1。这些算法都属基于全局最优解 的经典反馈控制系统。但由于结构振动控制必须考虑地 地震作用下，结构的振动方程为： 震及风振附加的不确定干扰因素，同时还需考虑结构参 (1) 吖；+瓯+Kx=F—MTx。 数的不确定性，这就给基于全局最优解的结构振动控制 其中M、c和K分别为n×n阶质量、阻尼和刚度矩阵； 建模带来了一定的难度。同时当结构实际遭遇地震等作 z、i、i分别为nX1阶结构相对地面的位移、速度、加 用时可能因刚度等变化而影响到结构整体的抗震性能。 若直接采取经典的全局优化策略来控制阻尼器则可能产 速度向量；，为n×1阶单位向量，；。为地震作用下的 X 生较大的模型偏离，从而导致控制效果下降。 地面加速度；F=Lu为控制力向量，L为nm阶阻尼 为了改进这种模型失配带来的误差，本文结合结 器位置矩阵．m为阻尼器个数。u为mx1阶MR阻尼 器产生的控制力向量。 构动力学Newmark一目时域积分法及经典半主动控制 理论提出一种基于预测算法的半主动控制策略(New- Predictive 程描述结构的动力反应”1 mark-8 Method，NPM)。它具有只强调结果 而不强调过程的特点，因而能有效地处理系统模型的