单自由度实时混合试验控制方法

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1、国内图书分类号：TU317.1/TU311.3学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学博士学位论文单自由度实时混合试验的控制方法博士研究生：周惠蒙导师：吴斌教授申请学位：工学博士学科：土木工程、防灾减灾工程及防护工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU317.1/TU311.3U.D.C:624DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringCONTROLMETH

2、ODSOFSINGLE-DEGREE-OF-FREEDOMREAL-TIMEHYBRIDTESTINGCandidate：ZhouHuimengSupervisor：Prof.WuBinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：DisasterPreventionandReductionEngineeringandProtectiveEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringD

3、ateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于地震作用和工程结构的复杂性，结构抗震试验方法的研究显得尤为重要。而近年来一些新兴的结构抗震装置很难用传统的抗震试验方法来检验其抗震性能。实时混合试验方法具有能进行大比例尺甚至足尺试验和实时试验的优良特性，它能够克服传统抗震试验方法的局限性。实时混合试验方法将结构分为数值子结构和实验子结构，通过传递系统（作动器或振动台）来

4、实现实验子结构和数值子结构之间的边界条件的协调。传递系统的动力特性会影响整个实时混合试验系统的稳定和精度，因此，用控制方法消除传递系统动力特性的影响有十分重要的意义。本文研究了实时混合试验中的控制方法，主要的研究内容如下：1、对于非线性结构实时混合试验的等效力控制方法，本文采用滑动模态控制器代替PID控制器作为等效力控制方法的外部控制器。针对实时混合试验，研究了滑动模态控制器的设计方法，进行了线性和非线性试件的数值仿真和实时混合试验。仿真及试验结果验证了本文方法的良好控制效果。2、针对非匹配不确

5、定性设计滑动模态控制器作为等效力控制方法的外部控制器，讨论了关键参数对等效力控制性能的影响，分析了采用这种滑动模态控制器的等效力控制方法的稳定性。数值仿真结果表明滑动模态控制对非线性试件是有较好的控制效果。3、针对等效力控制方法的时滞采用了自适应预测补偿算法来补偿，分析了自适应参数对时滞补偿效果的影响。线弹性试件的数值仿真和试验表明这种方法比单纯的等效力控制方法稳定性更好，非线性试件的实时混合试验结果表明这种方法比固定时滞补偿能得到更好的补偿效果。4、针对实时混合试验速度、加速度控制的问题，提出

6、了基于显式积分算法的等效力控制方法。磁流变阻尼器试件的实时混合试验证明了基于Newmark显式方法的等效力控制方法的可行性，纯惯性试件的实时混合仿真验证了基于L稳定实时协调显式算法的等效力控制方法的可行性。5、对动力子结构试验中的加速度控制方法进行了研究，将前置滤波结合后置滤波来控制动力子结构试验中加速度响应高频振荡，采用压差反馈控制来削弱台面加速度响应噪声。纯惯性试件的振动台混合试验验证了试验平台的性能，圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)的振动台混合试验验证了CTLD能够较好-I-哈尔滨工业大学

7、工学博士学位论文地控制结构在地震中的加速度响应。关键词：实时混合试验；动力子结构试验；显式积分算法；等效力控制方法；自适应时滞补偿-II-AbstractAbstractSeismictestsplayanessentialroleinstructuralengineeringduetothecomplicacyoftheseismicexcitationandstructures.Meanwhile,therearesomeshortcomingsoftraditionalhybridtest

8、ingmethods,e.g.pseudo-dynamictestingmethod,toassessseismicbehaviourofastructure,especiallywhenarate-dependentcontroldeviceisinstalledinthetargetstructure.Inordertosolvethisproblem,Real-timeHybridTesting(RHTing)methodwasproposed,whichischaracterizedby