地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法

摘要

本发明公开了一种地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法，步骤如下：一，选定结构模型；二，对结构采用线性二次型(LQR)经典最优控制算法计算并设计建筑结构能量最小时的最优控制力；三，利用此最优控制力分别设计出摩擦阻尼器的实时变阻尼和变刚度，据此计算得到摩擦阻尼器的半主动摩擦控制力，实现对建筑结构的半主动控制；四，利用摩擦阻尼器半主动控制力对建筑结构进行控制，并采集建筑结构在地震作用下返回的振动响应。数值实验结果表明，本发明的算法在控制多层建筑结构的动力响应上更为有效，新算法解决了已有技术对建筑结构加速度响应控制效果差的问题，随着层数的增加，建筑结构在地震作用下的加速度控制优势更明显。

主权项

1.一种地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法，其特征在于，该控制算法具体步骤如下：第一步，选定建筑结构模型，根据需要每建筑结构楼层设置若干个摩擦阻尼器，采集地震波数据；第二步，采用基于LQR经典最优控制算法计算，使建筑结构在地震作用下的能量最小，并设计此时的最优控制力；第三步，利用上述得到的最优控制力分别设计出摩擦阻尼器的实时变阻尼和变刚度，并利用它们计算得到摩擦阻尼器的实时半主动摩擦控制力，从而对建筑结构进行摩擦阻尼器半主动控制；第四步，利用上述摩擦阻尼器半主动实时控制力对建筑结构进行控制，并使用MATLAB工具箱提取建筑结构在地震作用下摩擦阻尼器半主动控制时返回的振动响应数据；所述基于LQR经典最优控制算法计算得到的最优控制力来设计阻尼器的变阻尼和变刚度，并据此进一步设计得到摩擦阻尼器在地震作用下的实时半主动摩擦控制力，为建筑结构实施半主动控制，其半主动摩擦控制力的设计见以下公式：$C_{\mathrm{id}\max }=|u_{i\max }/{\stackrel{.}{x}}_{i\max }|---\left(2\right)$C_id min＝C_id max/s    (3)K_id(t)＝u_i max/x_i max (4)其中：C_id max、C_id min分别为建筑结构第i层摩擦阻尼器的最大和最小阻尼系数；s为阻尼器的阻尼系数可调倍数，可根据控制要求设置；K_id(t)为任意时刻建筑结构第i层摩擦阻尼器的刚度系数；x_i(t)分别是任意时刻建筑结构第i层的层间速度和层间位移；u_i(t)为基于LQR经典最优控制算法得到的任意时刻建筑结构第i层的最优控制力；一个阻尼器有两个滑动摩擦面，且每个摩擦阻尼器的摩擦系数均为μ。