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1、13卷2期世界地震工程Vol.13,No.21997年6月WORLDINFORMATIONONEARTHQUAKEENGINEERINGJun.,1997结构主动控制和混合控制技术的新发展吕西林叶骅(同济大学工程结构研究所,上海200092)摘要介绍了九十年代以来,世界各国在主动控制、混合控制领域实验研究、理论分析及工程应用的最新成果,并对未来的发展方向进行了讨论和展望主题词:结构控制主动控制混合控制1前言[1][2]结构控制的概念最早是由Kobori和Minai在1960年提出的,美国的Yao在1972年将现代控制理论应用于
2、结构,确定了主动控制研究的开始二十几年过去了,结构控制技术得益于如机械、电子、计算机等方面技术的发展,取得了长足的进步在1992年7月的第十届世界地震工程会议上,结构控制成了一个倍受各国代表关注的热门议题会议期间,由在结构控制领域领先的美国和日本的结构控制委员会发起,召开会议商讨成立了世界结构控制协会(IASC,InternationalAssociationforStructuralControl)IASC的成立旨在加强国际间在该领域的交流与合作,共同促进结构控制技术的发展该协会成立两年后,于1994年8月在美国加里福尼亚州的帕萨迪纳召开了第一届世
3、界结构控制会议,共有15个国家的337位代表参加,共发表了235篇论文这些论文涉及主动控制、混合控制、传感器和作动器、桥梁控制、模糊控制和神经网络、新材料等多个专题本文仅从主动控制、混合控制等方面,介绍九十年代以来在结构领域中有关方法、装置、试验及应用的最新成果及情况2主动控制在过去十年中,世界各国对主动控制的研究兴趣大大增强了,在这个领域,美国和日本比其它国家领先了一步主动控制系统可以归纳为质量阻尼器(作动器)类型和非质量阻尼器类型AMD系统是最流行的质量阻尼器,目前所建成的质量阻尼器系统都是以提高中小地震以及台风下居住和使用的舒适性为目的的质
4、量阻尼器还不能够在实际中单独抵抗大地震,因为它需要巨大的质量块和推动它们的巨大能量已经开发的质量22世界地震工程13卷阻尼器系统已将减小结构在横向和扭转方向的复杂振动作为控制目的非质量阻尼器类型包括主动拉索、主动基础隔震、气体脉冲发生器、主动可变系统(ActiveVariableSystem)、空气动力学附件(AerodynamicsAppendage)以及可变动力特性的结构构件和节点主动拉索和气体脉冲发生器都被设计成为控制力类型AVS系统可以改变结构的刚度,人们期待它能被开发成为可以减小大地震时地震荷载的非共振类型,这种类型的控制
5、系统可以大大节省能量与AVS系统相似,空气动力学附件被用来减小风振的强度,以使结构达到非共振的目的近几年主动控制的发展很快,又出现了很多新方法和新的应用2.1采用主动界面阻尼(ActiveInterfaceDamping)的结构主动控制[3]美国加州理工学院的WilfredD.Iwan和JeffreyC.Hayen提出了一种使用两个不同结构或结构构件相互作用来减小地震时共振反应的控制方法该控制方法的策略是通过两个系统的相互作用,从一个系统上消除与振动关联的能量两位学者只研究了单自由度系统,提出了可以用来控制两个系统之间相互作用的增量最优控制算法,并
6、用一系列地震波作为输入进行了控制的数字模拟,他们采用能量分析的方法进行了推导主动界面阻尼通过控制两个结构的相互作用来减小地震时的共振反应这个相互作用可以通过调节放置于两系统间的液压驱动器回路上的开关产生,或者通过向附加于两系统间的摩擦板加压产生与其它的主动控制不同,相互作用的构件是被动的在最简单的系统中,控制策略是通过将与振动相关联的能量从基本系统传递到辅助系统,来减小基本系统的振动能量的传递要通过相互作用构件来完成,有时也将能量直接消耗在相互作用构件里在这种情况下,辅助系统必须能够吸收作为控制结果的任何额外的能量两位学者提出了几种可能的实现途径
7、:一种方法是使系统由两座相临的建筑组成;另一种方法是,将一个完整结构作为基本系统,而将其它的子结构作为辅助系统相互作用包括了位于两系统间的相互作用构件中产生的力和通过它传输的力相互作用构件的物理性质可以根据控制信号改变,所以控制反应的效果可以通过主动改变两系统间界面!处的相互作用达到2.2采用由伺服电机驱动的动态吸振器的主动控制[4]日本东京大林公司技术研究所的Suzuki等设计了一种由交流伺服电机通过滚珠丝杆驱动的动态吸振器(DynamicVibrationAbsorber,以下简称DVA)该DVA使用的设备比通常采用的液压伺服驱动器控制的设备要小
8、Suzuki等学者在优化控制器时,考
