地震作用下输变电塔结构模型振动的自抗扰控制研究

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由地震作用、风荷载、冲击荷载等引起的结构振动在很大程度上对人类的生命和财产安全造成了危害,使用智能材料对结构进行主动控制能够很好的减小结构的地震响应,提高结构的安全度。比例积分微分(PID)控制技术在当前实际工程中的应用占到80%,自抗扰控制技术作为一种新型的数字控制技术,通过对PID控制技术改进,控制效果远超了PID技术,其控制过程的智能性与适应性,使其存在着广泛的应用前景。本文运用设计的自抗扰控制器对输变电塔模型结构进行模拟仿真,证明自抗扰控制技术可以在结构振动控制中取得良好的控制效果。本文的主要工作和研究内容如下:(1)介绍自抗扰控制器的各个组成模块以及各模块的作用原理和其二阶的离散算法;并介绍多自由度结构振动系统的多变量解耦控制。以结构振动方程为出发点,着重分析自抗扰控制器的核心模块扩张状态观测器的跟踪估计过程。(2)根据控制器设计的“分离性”原理,应用自适应遗传算法进行各模块的参数优化整定。对扩张状态观测器模块和非线性误差反馈律模块的参数进行分步整定。并根据整定后的参数,对输变电塔模型结构进行simulink仿真,对结构施加不同峰值的地震波,仿真结果表明,自抗扰控制器对于结构振动可以取得良好的控制效果。在不考虑控制能量消耗的情况下所优化出的参数的自抗扰控制器,对结构的控制效果较好。同时考虑结构振动位移和控制力输出时,所优化出的参数并不能保证最佳,其控制效果一般。但自抗扰控制技术在应用中只需测点反馈的位移信息,其应用简单、对不确定因素的抗扰特性和不依赖精确的数学模型的特点使其该智能算法具有更广阔的应用前景。(3)因为输入到结构的控制力是通过作动器实现的,因而作动器的位置和数量变化直接影响着控制效果。本文根据输变电塔模型结构,在相同数量不同位置和不同数量的作动器布置情况下,通过罗列类比,得出在结构的第一层需要放置作动器,以保证结构耗能最小,减振效果最佳。
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