结构振动控制理论与应用现状分析概要
土木工程结构振动控制的研究现状与展望
土木工程结构振动控制的研究现状与展望摘要：地震会给人类世界带来十分严重的危害，具有预测难以及破坏性大等等问题，因此如何保证土木工程建筑的质量具有一定的意义，而土木工程结构振动控制在抗震领域之中具有相当重要的意义，基于此，本文论述了我国土木工程结构振动控制研究的现状以及发展方向。
关键词：土木工程；结构振动；现状；展望1、土木工程结构振动控制的研究现状在地震过程中，工程结构会因剧烈的动力荷载的作用受到一定程度的破坏，而工程结构中的一般抗震设计不能很好的避免荷载造成的损伤，因此土木工程结构振动控制受到人们关注，逐渐应用到工程的抗震领域中。
土木工程结构振动控制就是土木工程结构的特定部位装设隔振垫、消能支撑、消能剪力墙等某种控制装置结构或机构科学合理的控制其工程结构，使其不受到地震或大风中的加速度、位移的影响，保证工程结构、仪器设备、人员的安全。
这些控制装置或机构能分担工程在地震中的振动作用，减弱工程自身承担的力，而且可以通过调整结构的自振频率或周期，增大结构阻尼，施加控制力等，以达到降低结构振动作用下的各种反应。
结构振动控制最早广泛应用在机械、宇航、船舶等领域，后来该技术迅速发展，逐渐应用在土木工程领域。
目前土木工程结构控制主要分为四个方面，分别是被动控制、主动控制、混合控制及智能控制，下面进行详细介绍。
2.1、主动控制振动主动控制研究现状20 世纪50 年代末，由美国科学家率先提出了振动主动控制技术的研究报告，进入20 世纪70 年代振动主动控制才进入广泛的探索阶段，20 世纪80 年代，现代控制理论----- 尤其是随着信号处理技术的成熟，振动主动控制技术得到蓬勃发展。
发展到20世纪90 年代，振动主动控制技术已日趋成熟，其研究对象己经从简单的线性系统发展到复杂的非线性系统，控制系统从简单的单输入单输出发展到多输入多输出系统，控制方法也在不断改进，已成功应用于航空航天结构振动控制、土木工程结构抗震、车辆结构隔震以及其他机械设备振动控制等领域，并且后来出现的模糊控制、神经网络控制等智能控制新型方法也已在振动主动控制中得到应用。
航空航天结构振动控制研究及应用
航空航天结构振动控制研究及应用引言：航空航天领域的结构振动控制一直是一个重要而复杂的课题。
飞行器的振动问题不仅会影响乘客的舒适度，还会对飞行器的性能和安全性产生负面影响。
因此，研究和应用航空航天结构振动控制技术具有重要意义。
本文将介绍航空航天结构振动控制的研究现状、应用场景以及未来发展方向。
一、研究现状1.结构振动控制方法目前，航空航天领域常用的结构振动控制方法主要包括有源振动控制、被动振动控制和半主动振动控制。
有源振动控制利用传感器采集到的振动信号与控制器产生的控制信号相结合，通过外部力或扭矩的施加来减小或消除结构振动。
被动振动控制则通过使用吸振器、阻尼器等被动元件来消除振动能量。
半主动振动控制是将有源和被动振动控制结合起来，主要通过调节阻尼器、模态阻尼器等半主动元件的阻尼特性来实现振动控制。
2.结构振动控制应用场景航空航天领域的结构振动控制应用广泛。
例如，飞机机翼和机身的振动控制可使飞机获得更好的操纵性和稳定性，提高乘客的舒适度。
火箭和卫星发射过程中的振动控制可以确保发射过程的稳定性和安全性，减小结构破坏和负载损失的风险。
此外，航空器和航天器的结构振动控制还可以应用于减少结构噪音、改进系统的动力学性能等方面。
二、应用案例1.飞机结构振动控制飞机的结构振动控制是航空领域中最常见、最重要的振动控制问题之一。
为了提高飞行器的飞行性能和乘客的舒适度，航空工程师一直在研究和应用各种结构振动控制方法。
以纵向振动控制为例，传统的被动振动控制方法使用液压或磁流变技术实现减振。
而近年来，半主动振动控制在飞机结构振动控制中的应用逐渐增多。
研究表明，半主动振动控制不仅可以提供更高的阻尼能力，还可以根据实时振动情况进行频率和阻尼调节，以适应不同飞行状态和振动特征。
这种方法可以有效地减小飞机结构的振动幅度，提高飞行器的稳定性和乘客的舒适度。
2.火箭发射过程振动控制火箭的发射过程存在较大的振动问题，特别是在推力增加和减少的情况下。
工程结构减震控制技术的研究及应用
工程结构减震控制技术的研究及应用随着现代城市的快速发展，高建筑、大桥、隧道等工程结构的建设日益增多，这些工程结构面对自然灾害和人工因素对其造成的威胁不断加剧。
地震是其中最为严重的威胁之一，强震往往能给人们带来不可挽回的损失，如何减少地震对工程结构的破坏，保障人民生命财产安全，成为了当前工程技术领域亟待解决的问题之一。
本文将从减震控制技术的角度出发，探讨减震控制技术的研究及应用现状。
一、减震控制技术的研究现状减震控制技术最早起源于20世纪，当时主要采用的方法是增加等效阻尼或阻尼器，但是这些方法在实际应用中发现效果并不理想，阻尼器使用寿命短，且易损坏；因此，人们开始发展利用主动控制技术进行减震。
随着计算机技术的日益成熟，人们逐渐将主动控制技术引入到减震控制技术的研究中，通过计算机对结构的振动状态进行监测和分析，进而对结构进行主动调节。
如：加装自适应液压减震器、利用智能材料进行控制等。
纵观减震控制技术的发展，目前主要存在两种方法：被动控制和主动控制。
被动控制方法主要是通过钢板摆、液态防盗器、粘滞阻尼器等等被动力学装置来约束结构振动，传递外荷载和能量。
而主动控制方法则通过安装主动负反馈控制器或智能材料等设备来实现结构反馈的调节，从而达到减小地震震源的目的。
二、减震控制技术的应用现状虽然减震控制技术已经在实践应用中证明了其重要性和必要性，但是由于技术成熟度和态度束缚等因素的影响，其普及程度并不高。
中国近年来在这一领域发展很快，也相应有不少建筑采用减震控制技术，如北京大学刘道玉楼、上海环球金融中心等。
这些建筑的减震系统采用了主动控制技术或者结构上采用了减震支撑系统，在发生地震时积极地发挥了安全保障的作用，保障了人民的生命与财产安全。
第二波序列信号分析法（Fourier法）被长期应用于建筑结构减震控制技术研究，这种方法以频域为基础，对结构振动特性进行分析，利用频率滤波的方法来减少地震对结构的破坏。
另外，还有子空间迭代法、广义平衡降阶法等算法也成为建筑结构分析领域的经典技术。
结构振动控制技术研究
结构振动控制技术研究近年来，随着科技的发展，结构振动控制技术也越来越引人关注，并且在工业生产、交通运输、建筑结构等领域得到了广泛应用。
振动控制技术的核心是通过对于结构振动进行监测和调节，使结构达到稳定状态，提高结构的运行效率和寿命。
下面将介绍结构振动控制技术的研究现状和未来发展趋势。
理论研究控制系统能够对结构振动进行调节的前提是建立合适的数学模型。
目前，结构振动控制技术的理论研究主要集中在结构动力学、控制理论等方面。
在结构动力学中，人们通过建立结构的动力学模型，从数学上描述结构在外力作用下的振动规律，同时提出了许多与结构振动相关的理论模型，如有限元法、模态测试法等等。
在控制理论方面，人们研究控制系统的建模和控制原理，探讨控制系统的鲁棒性、自适应性等性能指标，提出了抗振控制器、自适应控制器等多种控制策略。
这些理论模型和控制策略的建立为控制系统的实际应用提供了理论基础。
实验研究实验研究是将理论模型转化为实际控制系统的重要途径。
通过实验验证理论模型的正确性和控制策略的有效性，为控制系统在实际工程中的应用提供技术支持。
目前，结构振动控制技术的实验研究主要集中在模型试验和实际工程中的应用试验两个方面。
模型试验是将实际结构简化为一定比例的模型进行试验研究。
这种试验方法不仅能够降低试验成本，同时也可对结构的运行状况等关键因素进行模拟控制，从而使模型试验成为一种重要的研究手段。
实际工程中的应用试验是将控制系统应用于实际结构的试验研究，将研究结果直接应用于实际工程控制中，从而验证控制系统的可靠性和实用性。
这种试验方法不仅能够促进结构振动控制技术的发展，更能够保障工程的安全、稳定运行。
应用前景结构振动控制技术在工业生产、交通运输、建筑结构等领域都有广泛的应用。
在工业生产领域，振动控制技术可以提高机床精度，防止零件磨损等问题。
在交通运输领域，振动控制技术能够使列车、飞机等交通工具运行更加平稳，提高运输效率和安全性。
在建筑结构领域，振动控制技术可用于减小地震、风等天然灾害对于建筑物的影响，提高建筑物的安全性和适用性。
2021结构振动控制技术的研究现状范文3
2021结构振动控制技术的研究现状范文 引言 土木工程伴随着人类社会的发展而发展。
随着科学技术的不断进步，人类在抵抗各种自然灾害的问题上也取得了一定的进步。
然而在伟大的自然面前，人类仍旧渺小。
我们需要更加先进的技术和更加完备的设施来抵抗灾害的侵袭。
传统的防震技术的作用效果和安全性能十分有限，如果地震发生，结构无法支持，很有可能破坏严重，甚至带来极为严重的生命财产损失。
因此，土木工程结构振动控制技术的研究发展十分重要。
1土木工程结构的减振工作原理 对于消耗能量的减振结构而言，具体是指土木工程结构的抗侧力装置，在该装置内部安装有效能量消耗零部件，进而实现减振目的。
如果土木工程结构遭遇地震并受到能量侵蚀，能量消耗零部件及其装置会产生弹塑性，滞回变形，以此来吸收和消耗因地震所带来的能量，并减小对土木工程结构主体结构的影响程度，进而实现减振和震动控制的目的。
由此可知，减振工作原理与传统正好相反，这也是技术领域中的突破性成就。
其主要的工程结构振动控制原理。
2结构振动控制技术的研究现状 2.1被动控制被动控制是通过改变建筑结构自身一些构件的构造和结构体系的动力学特征，或者在结构的某个部位附加一个子系统，来实现减振的目的一种不需要外部能源的结构控制技术。
由于其结构简单、造价低廉、易于维护且无需外部能源支持，目前已成为建筑与结构设计的热点，许多实际工程中也已经广泛应用。
被动技术主要包括基础隔振技术和耗能吸能减振技术。
基础隔振是在结构的上部与基部之间设置一种隔振消能装置的控制技术，是被动控制的一种，它主要通过减小地震时向地表传输的能量，来减小结构的振动。
基础隔振能明显降低结构的自身振动频率，非常适用于中低层建筑，但由于隔振只对高频率的地震波有效用，所以对高层建筑并不适用。
吸能减振是通过附加子结构，使结构的振动位移，能量重新分配，从而减小结构振动。
耗能减振是在结构体的某些部位，如节点和支撑部等设置耗能阻尼机构。
机械振动主动控制技术的研究现状和发展综述
机械振动主动控制技术的研究现状和发展综述近年来，随着工业技术和科学技术的飞速发展，机械振动控制技术也取得了较大进步，在很多机械系统和工业自动化控制中发挥着重要作用，广泛应用于航天器，动力机械，石油化工，机床，冶金，军事等领域。
本文就机械振动控制技术的研究现状和发展趋势进行综述，旨在探讨该技术的未来发展方向。
一、机械振动控制技术的研究现状机械振动控制技术是控制工程中一个比较新兴的分支。
它的研究是基于机械系统的物理原理而进行的，并包括机械系统的振动特性，振动原理和控制原理等。
目前，机械振动控制技术已取得一定成就，在很多工业控制应用中发挥着重要作用。
1.主动控制策略目前，机械振动主动控制策略主要有状态反馈控制策略、力反馈控制策略和模糊控制策略。
状态反馈控制是最常用的控制策略之一，它是基于机械系统的状态参数进行反馈控制，可以较好地适应系统性能变化和系统外部干扰，但它的控制效率不一定高。
力反馈控制是利用控制系统中的力信号，可以更快地调整系统响应，但会产生较大的控制误差，而且不具有自适应能力。
模糊控制是一种新型的控制策略，它包括模糊规则控制、模糊神经网络控制和遗传模糊控制等，具有良好的自适应性能，但其控制精度不高。
二、机械振动控制技术的未来发展未来，机械振动控制技术将继续取得重大进展，有以下几个方向：1.系统仿真技术系统仿真是一种很重要的机械振动控制技术，它可以对控制系统的性能进行有效分析和优化，有利于提高系统控制效率。
未来，系统仿真技术将继续得到发展，可以实现更加复杂的控制和多项目控制，使系统更加安全可靠，可靠性更高。
2.智能化控制技术智能化控制技术是最新应用的技术之一，它不仅可以自动识别系统情况，智能判断系统的状态，还能根据系统的变化作出动态调整，可以实现精确控制，提高系统效率。
另外，还可以利用专家系统辅助智能控制，提供系统操作和决策支持，实现安全可靠的控制。
三、结语机械振动控制技术是一种新兴的控制工程技术，对机械系统的性能和控制有着重要的意义。
现代结构振动控制理论综述
现代结构振动控制理论综述现代结构振动控制理论综述及评析 1(前言所谓结构振动控制(以下称为结构控制) 是指采用某种措施使结构在动力载荷作用下的响应不超过某一限量，以满足工程要求。
这是一门最近30年发展起来的新兴学科,是综合控制论、计算机、结构振动理论与新材料科学等学科前沿的工程设计新技术。
其目的就是要采取一定的控制措施，减轻和抑制结构在地震、强风及其它动力荷载作下的动力反应，增强结构的动力稳定性,提高结构抵抗外界振动的能力，以满足结构的安全性、适用性、舒适性的要求。
2(结构振动控制的发展早期的控制手段无一例外都是被动控制,因其构造简单、造价低、易于维护且无需外部能源支持, 其中最主要的就是基础隔震技术。
20世纪60年代叠层橡胶垫的应用使基础隔震技术进人了实用化时代。
由于隔震技术的发展历史比较长, 因此它是目前应用比较广泛且成熟的一项结构控制技术, 已被应用到石油储运和石油化工等领域中。
现代控制技术的发展。
现代结构控制技术是在1972年作为一个概念由美籍华人科学家姚治平提出的, 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, 并且逐步形成了一门新兴的边缘学科。
经典控制论虽然能够解决一些简单的结构控制问题, 但却未在土木工程中得到大规模应用, 因为它针对的是一种单输人单输出的系统, 而土木工程是具有其特殊性的, 其中一点是工程结构往往是多自由度多输出的。
故而结构控制的重大飞跃还在等待更新的控制理论的出现。
20世纪70年代至今, 随着计算机技术的迅速发展和不断进步, 以及系统工程和系统论的进一步研究, 许多科学家和科技工作者进一步提出了大系统理论、人工智能学说、神经网络、模糊识别与模糊控制论等理论和技术, 使自动化技术的控制理论从“ 第二代控制理论” 现代控制理论转向了以智能控制理论为基础的“ 第三代控制理论” 智能控制理论。
这一理论也正在向结构控制理论中映射, 并产生了一些阶段性的成果如结构模糊控制理论、结构智能控制理论等。
振动控制理论及其在工程中的应用
振动控制理论及其在工程中的应用一、引言振动是指由于突然的力量或者频繁的震动导致的物体固有运动。
在实际工程中，振动问题是不可避免的，因此如何有效控制振动成为研究和实践工程的关键问题之一。
振动控制理论作为一门分支学科，已成为日益成熟和重要的领域，它的优化成果和空间变形研究对实际工程问题的解决，具有重要的支撑和指导价值。
二、振动控制理论的概念及其理论基础1、概念振动控制是指以控制理论和控制方法尽量抑制或减小系统振动或使系统保持平衡的控制制度。
2、理论基础振动控制理论本质上是一个多学科的领域，其研究对象包括力学、结构动力学、材料科学、信号处理、数学和控制学等，它综合了这些学科的方法和手段。
因此，振动控制理论的理论基础涵盖了多个学科理论的相关基础，包括控制论、信号处理、机械振动、结构动力学和材料科学中的材料设计理论等。
三、常见的振动控制方法及其应用1、有源振动控制有源振动控制采用控制器来实现力或位移等控制方式，其最大优点是能够通过系统控制实现精确的抑制和减振。
该方法由于其对环境噪声来源有较强的抑制力，因此在某些飞机、汽车、电子设备和地铁等运输工具的控制系统中被广泛应用。
2、无源振动控制无源振动控制是采用材料或结构的特殊设计，通过双层材料或结构的选择、合理的材料叠层方式、结构变形和局部加强等来实现抑制和减振控制。
该方法的优点是控制代价小，控制方式简单，因此在一些无源振动控制设备中得到广泛应用。
3、混合振动控制混合振动控制是将有源振动控制和无源振动控制相结合，以充分利用有源振动控制和无源振动控制的优点，来实现系统的抑制和减振。
该方法应用在飞机、汽车和高铁等控制系统中，具有较好的效果。
四、振动控制的应用示例振动控制的应用以自然灾害和工程领域应用较为广泛。
自然灾害领域，地震的不可预报性和突发性，使地震响应控制成为重要技术。
在工程领域中，如大型建筑、桥梁、塔等建筑结构和机械系统振动等，均需要利用振动控制技术来维护其安全稳定运行。
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文章编号:100926825(20091920059202结构振动控制理论与应用现状分析收稿日期:2009203206作者简介:徐飙(19702,男,工程硕士,高级工程师,中水淮河规划设计研究有限公司,安徽蚌埠233000徐飙摘要:主要介绍了结构振动控制的概念、基本原理以及分类,阐述了被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制的不同特点,最后对结构振动控制的应用现状和发展前景做了展望。
关键词:结构振动控制,概念,基本原理,分类,应用现状中图分类号:TU312文献标识码:A传统结构抗震设计是通过加大构件尺寸、提高材料强度等来加强结构自身的抗震能力,这些方法除了对地震烈度的适应性不佳外,保护目标也比较单一,而且使结构造价大大增加,随着社会的发展,工程结构形式日益多样化,高层和高耸结构也层出不穷。
对高层建筑和高耸结构来说,水平荷载是主要荷载之一,并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说,竖向荷载却是主要控制荷载。
水平荷载一般包括风荷载和地震荷载,这两种荷载都是动力荷载。
随着高层建筑和高耸结构高度与高宽比的增大以及轻质高强材料的作用,其刚度和阻尼不断降低,在强风或强烈地震荷载作用下,结构物的动力反应强烈,很难满足结构舒适性和安全性的要求[1]。
按照传统的抗风抗震设计方法,即通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用,是一种“硬碰硬”式的抗震方法,它很不经济,也不一定安全,而且失去了轻质高强材料自身的优势,还不能满足日益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。
传统的抗震设计方法已不能满足需要,从而使结构振动控制理论在工程结构中开始得到应用。
结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤,提高结构的抗震能力和抗灾性能,是抗震减灾积极有效的对策。
1振动控制的概念及原理自1972年美籍华裔学者姚治平(J ・T ・P ・Y ao 教授明确提出土木工程结构控制的概念以来,国内外很多学者在结构控制的方法、理论、试验和应用等方面取得了大量研究成果。
隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性,即明显有效减震(能使结构地震响应减到10%或更低,其中已有多项技术成功地应用于工程实践。
国际上,美国、日本、澳大利亚、新西兰和法国等国家在这方面走在前列。
国内学者自20世纪80年代初期以来,对夹层橡胶垫隔震结构、粘弹性阻尼器、TMD 和TLD 、耗能支撑、层间隔震、主动控制等方面的研究取得了一系列成果。
经过20多年的发展,结构控制现在正朝着研制高效的被动控制装置、发展以参数控制为主的半主动控制和探索结构智能控制的方向发展。
结构控制的概念几经完善,具体可表述为:在工程结构的特定部位装设某种装置(例如隔震垫等或某种机构(例如消能支撑、消能剪力墙、消能节点、消能器等或某种子结构(例如调频质量等或施加外力(外部能量输入或调整结构的动力特性,使工程结构在地震(或风的作用下,其结构的动力响应(加速度、速度、位移得到合理的控制,确保结构本身及结构中的人员仪器设备的安全和处于正常的使用环境状况[2]。
控制系统的基本元素为传感器、处理器(也称控制器和作动器。
传感器感受外部激励及结构反应的变化信息,处理器接受这些信息并依据一定的控制算法计算所需控制力,作动器则产生所需的控制力并作用到结构上,从而实现对结构的控制。
2振动控制的分类依据是否需要外界能源,结构控制可分为被动控制、主动控制、半主动控制和混合控制四类[3]。
被动控制也称无源控制,它不需要外部输入能量,仅通过控制系统改变结构系统的动力特性达到减轻动力响应的目的。
而主动控制的过程则依赖于外界激励和结构响应信息,并需要外部输入能量,提供“控制力”。
半主动控制也利用结构响应或外界激励信息,但仅需要输入少量能量以改变控制系统形态,达到改变结构动力特性从而减轻响应的目的。
混合控制(也称杂交控制指的是上述三类控制的混合应用,在结构上同时施加主动和被动控制,整体分析其响应,既克服纯被动控制的应用局限,也减小控制力,进而减小外部控制设备的功率、体积、能源和维护费用,增加系统的可靠性[4]。
2.1被动控制结构被动控制是一种无源控制方法,包括隔震、吸振和耗能三大控制形式,采用直接减少、隔离、转移、消耗能量的方法达到减小结构振动的目的。
在我国,20世纪50年代就提出基础隔震思想,80年代末结构控制方面的研究正式起步。
由于被动控制易于工程实现,设计得好,效果不错,受到普遍重视。
结构隔震体系是指在结构物底部与基础面(或底部柱顶之间设置某种隔震装置而形成的结构体系。
它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分。
为了达到明显的减震效果,隔震装置或隔震体系必须具备下述四项基本特性:1承载特性;2隔震特性;3复位特性;4阻尼消能特性。
吸振减震是指在主体结构上附加吸振器子系统,用以减小主结构的振动。
吸振器是包括质量系和弹簧系的小型振动系统,以质量系产生的惯性力作为控制力,通过弹簧系作用于主结构。
常与粘滞阻尼器联合使用,并以阻尼器命名。
耗能减震是指利用各种阻尼元件、吸能部件或摩擦支撑产生的阻尼力、塑性变形或摩擦力来衰减结构在外界干扰(如风荷载和地震荷载等下的振动响应,具有耗能能力强、低周疲劳性能好的特点。
结构消能减震的实质是,在结构内设置消能构件(或消能装置,它们能为结构提供较大的阻尼,在地震时大量消耗输入结构的振动能量,有效衰减结构的地震反应。
2.2主动控制结构主动控制是利用外部能源(计算机控制系统或智能材料,在结构物受激励振动过程中,瞬时施加控制力或瞬时改变结构的动力特性,以迅速衰减和控制结构振动反应的一种减震技术。
主要应用于对抗震抗风要求较高,要求对多振型进行控制的・95・第35卷第19期2009年7月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE Vol.35No.19J ul.2009重要建筑和高层建筑、桥梁、特种结构等。
结构主动控制技术无疑是一种比较理想的方法,它对于提高抵抗地面运动不确定性的能力,直接减小输入的干扰力,以及在地震发生时连续自动地调整结构动力特性的功能等方面均优于被动控制方法。
虽然主动控制已取得一定的理论研究和试验研究成果,减震效果非常明显有效,并已在少数工程中试点应用,但在技术上还有一些问题尚待解决。
目前,尚未步入技术成熟阶段。
其主要存在以下问题:1控制系统的硬件和软件的滞后性及有效控制性等问题尚需进一步解决;2突发地震时外部能源的正常供应问题;3设备的常年维护问题;4造价昂贵问题;5抗震抗风的同时有效控制问题。
主动控制根据控制力是否依赖结构响应或外界激励可分为:闭环控制、开环控制和开闭环控制。
目前研究和工程应用较多的是闭环控制。
根据控制器的不同,主动控制又有主动调谐质量阻尼器、主动锚索之分。
主动调谐质量阻尼系统是利用传感器时刻监测结构反应(位移、速度或加速度,并根据卡提闭环控制理论,计算机接受传感器信息并瞬时改变状态矢量和反馈矢量得出控制力,接着电液伺服装置将最优控制力施加于结构,以控制其运动和变形。
主动锚索控制是利用传感器把结构的反应传给计算机,计算机进行优化分析计算出所需要的控制力,驱动液压伺服系统,该系统通过锚索对结构施加控制力,从而有效地减小结构反应。
该装置已被应用到实际结构中,用于控制风振反应。
2.3半主动控制半主动控制是通过改变结构的动力特性来减震的。
1960年日本K obori 最早提出了结构变刚度的概念,1983年Hrovat 研究了土木工程结构的半主动控制问题。
半主动控制与主动控制相比,它所需外部能量小得多,维护要求不高,更容易实施也更为经济,而且控制效果又与前者接近,因此半主动控制具有较大的研究和应用开发价值。
常见的半主动控制系统有主动调谐参数质量阻尼系统、可变刚度系统、可变阻尼系统、变刚度变阻尼系统等。
2.4混合控制混合控制顾名思义,是指根据不同建筑物、结构的不同抗震抗风要求、技术可靠性和造价经济性,选取隔震、消能、质量调谐、主动控制中的两种以上控制技术相结合,使其达到经济安全、现实可行的目的。
其主要问题是如何合理地把两种以上控制技术组合在一起,使其协同工作。
同样是由于造价的原因,决定了混合控制技术和主动控制技术目前还不能大规模应用于我国的各项大型基础设施建设,尤其是南水北调渡槽抗震这种工程。
3结构振动控制的应用现状结构振动控制的工程应用在过去的多年中有了较大的发展,特别是美国、日本等经济发达国家。
在理论方面,他们成功地借鉴了其他领域中的控制理论,为结构控制找到了可行的分析和计算方法。
在实际工程应用中也设计出一些有效的控制装置,尤其是被动控制系统(如基底隔震系统在一些高层建筑中得到了具体的应用。
隔震装置本身具有足够的初始刚度,在正常荷载作用下相对稳定,在强烈地震作用下该装置进入消能工作状态如叠层橡胶支座,这种竖向刚度很大的装置水平刚度很小,可大大增加基础的水平自振周期,强烈地震作用下结构反复变形,耗散地震能量。
此外,滑、滚动支座则是通过基础与上部结构两部分产生相对运动,防止水平地震动的输入[5]。
我国发电厂大型机组动力基础的隔震也采用了橡胶垫支座、螺旋弹簧支座等,运行测试结果显示隔震效果满意。
国外一些国家也广泛地将基础隔震应用于核电站、发电厂的设计中。
相比之下,我国的结构控制更多地仍处在理论研究上,虽然取得了一系列国内外瞩目的研究成果,但实际工程应用极其有限,已安装在建筑物上的控制装置也主要是隔震装置。
结构振动控制理论与减震技术为建筑物的抗震提供了一条有效可行的新途径。
结构振动控制理论将结构的弹塑性分析与抗震相结合,抗震与消震相结合,能动控制与设计相结合,通过对建筑结构的控制设计,在结构的特定位置出现一定数量的人工塑性铰,使其发生期望的破坏机构形式,实现强震下最佳的耗能机构;对结构中梁和柱等构件进行延性设计,提高其延性和耗能能力。
由于被动控制不需要外界能量输入,抗震性能好,结构简单,造价低廉,施工方便,易于修复和更换,易于被工程师们所接受,所以发展较快,在实际工程中得到了广泛应用[6]。
智能结构研究的一个重要内容是实现结构的主动振动控制,主要通过局部控制和全局控制方法来实现结构的振动抑制。
局部控制是利用结构自身配置的作动器—传感器,直接实现同位反馈控制,提高结构主动阻尼,以消耗结构残余振动能量,缩短系统自由响应的衰减时间。
全局控制目的在于抑制结构特定点的振动响应,保证系统的全局稳定性和提高鲁棒性。
对智能桁架结构的振动控制研究已取得显著的主动阻尼控制效果。
Preumout 采用数字控制器,进行了微分和积分力反馈控制实验,分别使悬臂智能桁架结构的第一阶模态阻尼由0.3%增加到3%和9%。
因此局部阻尼控制方法的研究仍然是智能结构振动控制的基础。
结构振动控制研究伴随着高维(三维乃至无限维、非线性、多尺度和多耦合系统动力学理论和仿真技术的发展而进一步深入。