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    壓電摩擦阻尼器自適應控制的抗震分析

    作者:北京固力同創 來源:www.cizdsn.icu 發表時間:2016-9-1 瀏覽:次  百度一下

    摘 要:根據壓電摩擦阻尼器反應迅速的特點設計局部速度反饋控制,作為局部控制策略。局部速度反饋控制使壓電摩擦阻尼器的摩擦力同阻尼器兩端的相對速度成正比,使具有局部速度反饋控制的壓電摩擦阻尼器有粘滯阻尼的特點,能夠抑制結構位移和速度響應,而且又不會對結構的加速度響應產生劇烈影響。試驗結果表明局部速度反饋控制,用于調節壓電摩擦阻尼器阻尼特性是十分有效的,它可以使結構在不增加加速度響應的條件下降低結構的位移和速度響應。

    壓電摩擦阻尼器同其它半主動控制裝置一樣是一種可控摩擦阻尼器,是對被動控制裝置的改進。它利用壓電材料電致伸縮的性質,通過調節壓電材料所處電場的場強,使壓電材料產生驅動力,來控制摩擦阻尼器摩擦面的壓力值,從而對阻尼器的耗能性能進行實時的調節,滿足其能夠對最優控制跟蹤的要求。作為一種半主動控制裝置,它是通過阻礙結構內部的相對變形來消耗結構振動能量的,而其消耗能量速度又是電可調節的。因此,這種裝置可以用來控制結構振動,成為一類很有前景的結構振動控制裝置。文獻[1]中設計了一種新型壓電摩擦阻尼器pall支撐。通過ansys有限元分析,模擬了在各級電壓下壓電摩擦阻尼器的阻尼特性,并根據結果給出了壓電摩擦阻尼器的含電壓參數的雙線性本構模型。分析結果表明含電壓參數的雙線性本構模型能夠較好的反映壓電摩擦阻尼器的阻尼特性,是一種有效的模型。本文在文獻[1]的基礎上,根據壓電摩擦阻尼器反應迅速的特點設計了局部速度反饋控制,作為局部控制策略。局部速度反饋控制使壓電摩擦阻尼器的摩擦力同阻尼器兩端的相對速度成正比,使具有局部速度反饋控制的壓電摩擦阻尼器具有粘滯阻尼的特點,使其能夠抑制結構位移和速度響應,而且又不會對結構的加速度響應產生劇烈影響。試驗結果表明局部速度反饋控制,用于調節壓電摩擦阻尼器阻尼特性是十分有效的,它可以使結構在不增加加速度響應的條件下降低結構的位移和速度響應。

    1 局部速度反饋自適應控制律

    對于壓電摩擦阻尼器的使用的一個重要的環節,就是振動控制設計。自適應控制是現代控制理論的一個分支,自適應是指生物能夠改變自己的習性以適應新的環境的一種特征。自適應控制器能夠修正自身特性,以適應對象特性和擾動特性的變化。

    自適應控制律設計法以響應要求為設計目標,對動力響應的控制來說是一種直接方法。當然,作為自適應控制本身還有特殊的功能,如跟蹤系統參數的變化,在線識別功能和自我調整能力,因此自適應控制有很大的適用性。

    壓電摩擦阻尼器的特點

    在設計控制律之前,我們分析壓電摩擦阻尼器在控制結構振動時的工作特點。只有根據壓電摩擦阻尼器的特質,才能設計出合適的控制律。摩擦阻尼器是通過摩擦面之間相對滑動來消耗結構振動能量的。如果摩擦面之間不發生相對滑動,那么摩擦阻尼器就無法消耗結構振動能量。摩擦阻尼器就無法發揮其作用。所以對摩擦阻尼器來說,控制律如果能夠按照位移反饋信息,在保持和增大可控摩擦阻尼器摩擦面相對滑動的同時增大摩擦面的壓力提高摩擦力的大小以達到增加耗能的目的,那么這樣的控制律對于可控摩擦阻尼器來說就可以認為是相宜的。

    為了保持摩擦阻尼器的相對滑動,可以使用控制計算機對對象的狀態進行實時監測,并將振動過程的每一時刻都進行分析,最后按照一定的控制律來控制摩擦面的壓力!八俣确答伩刂啤边@一控制律就可以實現這一要求。速度反饋控制律根據摩擦面之間的相對位移速度來調節摩擦面的壓力值的大小,如果摩擦面之間的相對速度為零,就表明摩擦阻尼器提供的壓力過大,摩擦面未發生相對滑動。如果這時減小壓電材料的電壓,使摩擦面的壓力減小,就可以使摩擦面提供的摩擦力相應隨之減小,以此來促進摩擦面的滑動。經過幾個監測—控制周期,摩擦面就會調節到滑動狀態。

    上述速度反饋控制律雖然可以保證摩擦阻尼器的有效性,但是由于速度反饋要求,每一個控制信號的產生,要將結構的位移速度等信息實時傳遞給控制計算機,并由控制計算機分析位移和速度的信息,處理各個摩擦阻尼器的滑移和結構優化控制的問題,最后再發送控制信號至摩擦阻尼器。完成這樣一個復雜的過程需要很長時間,另外為達到要求的控制精度將導致動作過于頻繁,因此在這種控制方式下很難避免控制信號的時滯問題。如果能將保證摩擦面滑移和結構優化控制這兩個問題分開處理,那么既可以保證壓電摩擦阻尼器的耗能效率,又可以優化處理結構振動控制的整體優化問題,更重要的是這樣的控制律信息處理更為簡潔,減小了控制信號的時滯。為此,我們引入一個控制律即“局部速度反饋自適應控制律”。


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