【摘 要】
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为了应对地震和台风对建筑物造成的巨大破坏,结构振动控制技术一直是结构工程领域研究的热点。主动质量阻尼系统(AMD)通过顶部执行机构向结构实时施加主动控制力,达到结构减振的目的,是一种结构简单、控制效果好和成本相对低廉的主动振动控制技术。AMD技术核心在于如何设计控制策略,从而输出最优控制力。由于复杂土木工程结构模型参数的不确定性及地震作用的随机性,传统基于精确模型的控制算法很难发挥良好的减振控制作
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为了应对地震和台风对建筑物造成的巨大破坏,结构振动控制技术一直是结构工程领域研究的热点。主动质量阻尼系统(AMD)通过顶部执行机构向结构实时施加主动控制力,达到结构减振的目的,是一种结构简单、控制效果好和成本相对低廉的主动振动控制技术。AMD技术核心在于如何设计控制策略,从而输出最优控制力。由于复杂土木工程结构模型参数的不确定性及地震作用的随机性,传统基于精确模型的控制算法很难发挥良好的减振控制作用。自适应动态规划算法(ADP)作为一种数据驱动控制算法,使用函数近似结构来拟合哈密顿-雅克比-贝尔曼方程(HJB)的解,采集系统状态变量数据进行离线迭代或在线优化,最终得到近似最优控制策略。该算法可以不依赖系统的模型参数进行控制,具有学习和优化能力,解决了“维数灾”问题,在解决强非线性和复杂性系统控制问题中有一定优势。本论文分析研究了基于ADP算法的鲁棒控制器并将其应用于AMD系统中,对地震作用下参数未知的受控结构进行了振动控制试验。主要工作内容包括:(1)运用拉格朗日法建立AMD系统动力学方程,选取系统状态变量与输出变量,建立系统状态空间表达式。研究ADP算法基本原理,设计基于ADP算法的鲁棒控制器,并将其应用于AMD系统中。(2)在MATLAB/SIMULINK中采集AMD系统振动响应仿真数据,运用评价神经网络和执行神经网络分别对系统代价函数和最优控制器进行近似,离线迭代得到收敛的神经网络权值,执行神经网络逼近最优控制器。将近似最优控制器应用于AMD系统主动控制装置中,对地震作用下受控结构进行仿真分析。(3)基于Quanser小型振动台,设计了AMD系统的全状态观测器用于数据采集,应用ADP鲁棒算法进行AMD系统控制试验,验证了基于ADP算法的AMD系统对模型参数未知的受控结构减振控制的有效性。
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