斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用.PDFVIP

李金海 等 ：斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用 827 斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用 李金海，关新春，刘 敏 ，欧进萍 (哈尔滨工业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090) 摘 要： 桥梁斜拉索是一种小 阻尼 、大柔度结构，在 因此，基于磁流变液优异智能特性 的磁流变液阻尼器 各种环境荷载作用下极 易发生剧烈振动，因此迫切需 具有结构简单紧凑 、高效率、低能耗 、高鲁棒性等优点。 要采取一定的措施来提 高斜拉 索的耐久性 和安全性。 本文首先简单介绍了斜拉索磁流变液阻尼器半主 本文针对山东滨州黄河公路大桥的减振需要 ，研 究 了 动振动控制系统的布置方案及通过二次线性最优控制 基于磁流变液阻尼器的半主动振动控制 系统的设计 、 算法确定阻尼器的基本力学参数 (包括粘滞阻尼系数、 材料与器件的性能实验 以及现场振动控制实验。 最大库仑力和可调倍数)的方法。其次，以实现基本力 关键词： 斜拉索；磁流变液 ；磁流变液阻尼器；半主动 学参数为 目标 ，通过建立磁流变液阻尼器的理论模型， 振动控制系统 研究了磁流变液材料及磁流变液阻尼器的设计依据。 中图分类号： P315．966 文献标识码：A 最后，针对山东滨州黄河公路大桥实际工程需要，设计 文章编号 ：1001—9731(2006)05—0827～04 了中央集中控制振动控制系统 ，并完成 了磁流变液、磁 流变液阻尼器的性能实验和现场振动控制实验 。 1 引 言 2 斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系 桥梁斜拉索是一种小阻尼、大柔度结构 ，在各种环 统设计 境荷载作用下极易发生剧烈振动，因此迫切需要采取 一 定 的措施来提高斜拉索的耐久性和安全性 。通常情 2．1 两种斜拉索半主动振动控制系统的布设方案 况下采用被动粘滞阻尼器可以达到一定 的减振效果， 典型的反馈控制系统 由两大部份组成 ：被控对象 然而对于高阶振型振动和多振型耦合振动情况，该装 和控制装置(包括给定元件、比较元件、放大元件、执行 置的减振效果较差。研究表明，对于索的复杂振动(尤 元件、测量元件和校正元件等)。在斜拉索半主动振动 其是风雨振)采用基于现代控制理论的半主动振动控 控制系统中：被控对象是斜拉索，测量元件采用低频特 制系统，可以大大提高对斜拉索的高频和宽频带振动 性优 良的压电式加速度传感器，执行元件是 自制的磁 的减振效果。 流变液阻尼器，其它元件则是定制的集成电路及相关 本文中的斜拉索半主动振动控制系统在原理上是 附件 一 种基于索的部份状态反馈 的闭环线性控制系统。该 实际工程中，斜拉索半主动振动控制系统通常有 系统与传统的自动控制系统的主要区别在于其执行元 两种布设方案：一种是可以同时接收多路信号并同时 件不具有实现控制算法所期望的所有最优控制力的能 控制多个阻尼器的集数据采集 、处理、运算和控制信号 力，而是在某些限制条件的情况下，力图最大限度地实 输出功能于一体的中央控制系统 (如图 1(a)所示)，这 现最优控制力。 种系统通常是 以一 台具有多通道 I／0功能的通用工业 目前在土木工程领域，研究和应用较多的半主动 计算机为核心硬件 ，以运算能力强大的MATLAB