高層建筑結構智能振動控制與優(yōu)化研究.pdf

1、本文針對考慮彈性及彈塑性特性時的高層建筑智能控制問題進行了研究，主要包括:針對線彈性系統(tǒng)的離散瞬時最優(yōu)控制算法、迭代學習型瞬時最優(yōu)控制算法及收斂性的分析;針對彈塑性系統(tǒng)迭代學習型瞬時最優(yōu)控制算法及其收斂性的分析;SSI及P_Δ效應對結構響應的影響;主動控制器位置優(yōu)化分析。具體研究工作如下:
　　1.基于經典的瞬時最優(yōu)控制算法，推導了一階近似離散瞬時最優(yōu)化控制算法及離散瞬時最優(yōu)控制算法兩類離散型瞬時最優(yōu)控制算法，并采用李雅普諾夫第二

2、方法證明受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在數(shù)值算例中，同時采用李雅普諾夫第一方法驗證了受控系統(tǒng)的穩(wěn)定性。數(shù)值分析結果表明:兩類離散型瞬時最優(yōu)控制算法對選定的高層建筑結構模型在給定的輸入地震荷載作用下，均有較好的控制效果，其中離散型瞬時最優(yōu)控制算法的控制效果較優(yōu)。
　　2.基于經典的瞬時最優(yōu)控制算法和迭代學習智能控制算法提出了迭代學習型瞬時最優(yōu)控制算法?？紤]線彈性系統(tǒng)，針對連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)，以系統(tǒng)的響應和期望響應的差值為反饋，以系統(tǒng)二次型性能泛

3、函為目標函數(shù)，通過迭代學習修正主動控制器的控制信號，提高主動控制的效果，并給出了該方法收斂性的充分條件。數(shù)值算例結果表明，較瞬時最優(yōu)控制算法而言，迭代學習型瞬時最優(yōu)控制算法對在地震荷載作用下高層建筑結構的響應控制有較明顯的改善，其中尤其以位移及層間位移控制效果改善最為明顯。由于系統(tǒng)反饋中未考慮加速度響應，控制系統(tǒng)對結構的加速度響應控制效果均表現(xiàn)不理想。
　　3.針對考慮彈塑性特性時的高層建筑結構，基于智能控制算法中的迭代學習控制算

4、法，推導了相應的迭代學習控制策略，并給出了該控制策略在考慮彈塑性時的高層建筑結構地震響應控制中收斂的充分條件。數(shù)值算例結果表明，迭代學習控制有較好的控制效果，其中，尤其以對結構的位移峰值響應及位移殘余變形的控制效果明顯。
　　4.基于三維彈性半空間內作用垂向及橫向集中荷載時，基礎的彈性半空間內任意位置的位移和應力解析解及基礎底面上的作用力分布形式，給出了基礎垂向及橫向等效剛度;考慮地基基礎阻尼形式為逸散阻尼，對考慮不同地基剛度形式

5、下的高層結構地震響應進行了分析，上部結構分別考慮了彈性及彈塑性兩種模型。數(shù)值分析結果表明，土-結構相互作用對結構地震響應有一定的影響，尤其對考慮彈塑性特性時的受控系統(tǒng)而言，土-結構相互作用對結構響應影響明顯，且無明顯的規(guī)律性，在不同頻譜特性的地震波作用下，其影響既可能是改善控制效果亦可能降低控制效果。
　　5.針對彈性及考慮彈塑性特性時的高層建筑結構，分別建立了考慮P_△效應時的動力學模型。數(shù)值算例結果表明，考慮P_△效應時，低頻

6、成分為主的地震波更不利于高層結構的響應。
　　6.基于遺傳算法(GA)，提出了改進遺傳算法，該改進遺傳算法中，考慮了目標函數(shù)尺度變換及種群個體遷移機制，以提高算法的收斂性并防止算法過早成熟。基于該改進的遺傳算法，討論了主動控制器位置優(yōu)化問題。通過對未受控結構、全樓層設置作動器、GA優(yōu)化后（5個樓層）三種工況下結構響應的對比分析可知，設置少量控制器（5個樓層位置），通過GA優(yōu)化可以得到較優(yōu)的控制效果，其控制效果可接近甚至優(yōu)于全樓層設