基于智能压电摩擦阻尼器的Benchmark模型风振响应半主动控制.pdfVIP

第26卷第2期 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科学版) Vo1．26No．2 2009年 6月 J．ofHUST．(UrbanScienceEdition) Jun．2009 基于智能压电摩擦阻尼器的Benchmark 模型风振响应半主动控制 苏 原，梅 真，董 平 (华中科技大学 a．土木工程与力学学院；b．控制结构湖北省重点实验室，湖北 武汉 430074) 摘 要：在改进的Pall摩擦耗能器的基础上设计了一种智能压电摩擦阻尼器 ，并分析了其阻尼力模型。利用设 计出的智能摩擦阻尼器，采用基于经典线性最优控制理论的半主动控制策略对 Benchmark模型的风振响应控 制进行了研究。结果表明：智能压电摩擦阻尼器对标准风振控制模型的半主动控制效果较为明显，相对于无控 结构来说能有效降低结构的风振响应。此外，本文对基于限界Hrovat最优控制算法的半主动控制系统的参数 优化进行了分析，说明了该半主动控制系统对Benchmark模型阻尼的不确定性具有很好的鲁棒性，而对刚度的 不确定性则表现出一定的敏感性。 关键词：智能压电摩擦阻尼器 ；Benchmark模型； 风振响应 ； 半主动控制 中图分类号：TU973．32 文献标识码 ：A 文章编号：1672-7037(2009)02-0052-05 结构风振控制技术是高层建筑结构抗风的一 Benchmark模型风振响应半主动控制计算方法， 种新途径。目前常用的动力减振装置虽然能在一 模拟分析了该模型在顺风向脉动风荷载作用下的 定程度上减小结构的风振反应，但都存在一些缺 风振响应。 点，并且减振效果有限 】J。智能压电摩擦阻尼 器作为一种主动变阻尼控制装置，它能够根据结 1 智能压电摩擦阻尼器 构减振的要求，利用压电陶瓷驱动器的电致变形 改变摩擦片之间的紧固力，可以实时调节阻尼器 1．1 基本构造 的摩擦力 J，取得更好的风振控制效果。 基于多层式压电陶瓷驱动器和改进的Pall摩 本文以风振控制标准模型——Benchmark模 擦耗能器所设计出的智能压电摩擦阻尼器的基本 型作为研究对象，将压电陶瓷驱动器与普通摩擦 构造如图1所示。该半主动摩擦阻尼器通过调节 阻尼器相结合，设计了一种智能可调参数摩擦阻 压电陶瓷驱动器的电致变形来改变螺栓的紧固 尼器，同时建立了该智能可调参数摩擦阻尼器对 力，进而实现摩擦力的变化。 (a)总装 图 (b)芯板 (C)A—A 1．芯板 2．嘲弧槽孔 3．垫 片 4压 电陶瓷驱 动器 5滑动 螺栓 6．横连扳 7．竖连扳 8．驱 动器垫 片 图1 智能压电摩擦阻尼器的构造 1．2 阻尼力模型 度；，v(t)直接与压电摩擦阻尼器的预紧固力和压 设作用在阻尼器上的正压力为N(t)，摩擦系 电驱动器产生的可调紧固力有关，即 数为 ，则压电摩擦阻尼器的阻尼力模型… 可以 r Ⅳn (E=0) 表示为： Ⅳ({Ⅳ0 (Eo (2) t)= (t)sgn[(t)] (1) 其中，Ⅳ0是摩擦阻尼器的预紧固力，其大小可以 式中，是压电摩擦阻尼器滑动片之间的相对速 根据结构的需要而定；KEd，是由压电陶瓷驱动器 收稿 日期：2008-10—16 作者简介：苏 原 (1964一)，男，辽宁人，副教授，研究方向为结构抗