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基于参考模型MCS自适应算法的AMD主动控制装置振动台试验研究：性能、挑战与展望

一、绪论

1.1研究背景与意义

1.1.1研究背景

地震、强风等自然灾害的频繁发生，给人类社会带来了巨大的损失。据统计，全世界每年平均发生破坏性的地震近千次，自1971年至1991年21年间，人口居住密集城区发生7.0级以上地震27次以上，造成人员伤亡39.3万余人，而1991年至今全世界范围内发生7.0级以上地震374次，靠近人口密集区每场7.0级以上地震所产生的经济损失都要以亿计数。2011年日本海底9.0级地震引发了巨大的海啸，造成了福岛第一核电站的核泄漏事故，不仅对当地的生态环境造成了严重破坏，还对全球的核能发展产生了深远影响；2008年我国汶川发生的8.0级特大地震，导致大量房屋倒塌，数十万人伤亡，众多家庭支离破碎，经济损失高达数千亿元。这些惨痛的事件不仅严重威胁了人们的生命财产安全，也对社会经济的稳定发展造成了极大的冲击。

地震对地表和地下结构具有极大的破坏力，除自身破坏之外，还会引发一系列次生灾害，如生命线工程被破坏，导致救援无法及时进行；地震对高危建筑造成破坏后，可能引发火灾、有毒物质扩散等灾害；像海底地震还可能引发海啸，对沿海地区构成严重威胁。根据中国地震局的预测，目前我国大陆已经进入第五次地震活跃期，因此，对地震的深入研究和相关技术的发展显得尤为迫切和重要。

在过去，抗震工作主要集中于加强结构自身刚度和抗侧能力，通过这两种途径来增强结构抵抗外部动力（主要是地震）荷载。然而，随着建筑科学的不断发展，人们在总结地震灾害经验时发现，抗震概念设计和结构抗震计算设计对于建筑抗震设计来说同样重要。建筑结构振动控制技术应运而生，其通过在结构的顶部或者内部安装附加振动控制构件和控制装置，达到减小或者抑制结构动力响应的目的，从而使建筑物在承受动力荷载的条件下，依然能满足人们对居住安全性、实用性和舒适度的需求。

结构振动控制技术可以有效减轻结构在地震、强风、车辆、海浪等动力作用下的响应，有效提高结构的抗振和防灾能力，是减轻结构动力响应的一种积极有效的新途径。在众多结构振动控制技术中，主动控制由于其能够根据结构的实时响应和外部激励，主动施加控制力来减小结构振动，具有较高的控制效率和适应性，成为了研究的热点之一。主动质量阻尼器（AMD）作为一种常见的主动控制装置，通过主动驱动附加质量所产生的反作用力施加于结构，从而实现对结构振动的控制。而控制算法是AMD系统实现有效控制的关键，参考模型MCS自适应算法具有无需事先知道受控结构精确的力学模型和参数，克服了经典控制理论仅适用于受控结构参数慢时变的限制，具有很好的鲁棒性能和控制效果等优点。因此，开展基于参考模型MCS自适应算法的AMD主动控制装置的振动台试验研究具有重要的现实意义。

1.1.2研究意义

从理论层面来看，本研究深入探讨参考模型MCS自适应算法在AMD主动控制装置中的应用，进一步完善了结构振动控制理论体系。通过对算法原理的分析和优化，以及与AMD装置的结合研究，能够揭示该算法在结构振动控制中的作用机制和优势，为后续相关理论研究提供更丰富的参考依据，推动结构振动控制理论向更深入、更完善的方向发展。

在实际应用方面，通过振动台试验对基于参考模型MCS自适应算法的AMD主动控制装置进行验证和优化，为其在实际工程中的应用提供了可靠的技术支持和实践经验。该研究成果可以直接应用于各类建筑结构、桥梁、海洋平台等工程领域，有效提高这些结构在地震、强风等自然灾害作用下的安全性和稳定性，减少结构的损坏和维修成本，保障人民生命财产安全，具有显著的经济效益和社会效益。此外，该研究还能为工程设计人员提供具体的设计方法和参数参考，促进结构振动控制技术在工程实践中的广泛应用和推广。

1.2国内外研究现状

1.2.1结构振动控制技术发展历程

结构振动控制技术的发展经历了从传统抗震措施到现代振动控制技术的演变。早期的控制手段主要是被动控制，因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持，其中基础隔震技术是最主要的代表。20世纪60年代叠层橡胶垫的应用，使基础隔震技术进入了实用化时代，该技术通过在建筑结构地面以下部分设置隔震装置，减少地震动输入结构能量，从而减小结构振动响应，目前已被广泛应用到石油储运和石油化工等领域。

现代结构控制技术的概念于1972年由美籍华人科学家姚治平提出，这标志着结构控制技术作为一种新兴的理论开始走上历史舞台，并逐步形成了一门新兴的边缘学科。随着计算机技术的迅速发展和系统工程、系统论的进一步研究，许多新的理论和技术不断涌现，如大系统理论、人工智能学说、神经网络、模糊识别与模糊控制论等，推动自