利用磁流变阻尼器的斜拉索振动的半主动控制研究

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1、工学硕士学位论文利用磁流变阻尼器的斜拉索振动的半主动控制研究曹天义哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号：TU973+.32国际图书分类号：624工学硕士学位论文利用磁流变阻尼器的斜拉索振动的半主动控制研究硕士研究生：曹天义导师：刘红军教授申请学位：工学硕士学科、专业：岩土工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU973+.32U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringSEMI-ACTIVECONTROLRESEARCHFORTHEVIBRATIONO

2、FSTAY-CABLEBYMRDAMPERCandidate:CaoTianyiSupervisor:Prof.LiuHongjunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:GeotechnicalEngineeringAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:June,2006Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一，由于其大柔度、小质量和小阻尼等特点，极

3、易发生振动，准确分析斜拉索的静、动力特性并进行振动控制是斜拉桥设计的重要工作之一。本文的研究涉及了以下一些方面的内容：1.设计了斜拉索阻尼器系统的结构模型，在模型的基础上推导得出了MR阻尼器-斜拉索系统的运动方程。并在Ansys系统下进行了系统的模态分，得出了斜拉索模型前面五阶的振动频率，同时通过瞬态分析确定了斜拉索阻尼器系统的质量矩阵、刚度矩阵以及前五阶的模态向量。2.推导得出了基于粘弹性阻尼器模型、LQG控制力计算方法、LQR控制力计算方法等几种方法下的斜拉索的半主动控制力形式，同时结合斜拉索-阻尼器系统进行了仿真分析，通过对位移时程曲线的衰减情况的比较，得出不同控制力情况下观测点处

4、位移幅值的衰减情况，在此情况下，确定了相对较优的控制力的计算形式，即LQR控制力计算方法。3.基于粘弹性阻尼器模型、LQG控制力计算方法、LQR控制力计算方法计算得出了半主动控制力，模拟了一组随机风荷载激励，在此条件下，验证了斜拉索在不同的控制力情况下，控制力的作用点位置对控制效果的影响情况，通过对结果的比较，最终确定了合理的控制点位置选取方法。4.在Matlab环境下创建了MR阻尼器-斜拉索系统的状态空间方程，并结合前面计算得出的结论，在Simulink环境下设计了斜拉索的反馈控制回路。同时基于LQR反馈控制力，结合磁流变阻尼器的实际控制力输出情况，提出了符合实际工程情况的半主动控制力

5、形式，借助于仿真分析手段，通过S-function函数编辑平台，将得到的半主动控制力结合到模型当中，验证了该方法对于斜拉索振动的控制效果。最后给出了本文的主要结论，并对本课题将要进行的工作作出了进一步的展望。关键词风雨振；磁流变智能阻尼器；斜拉索振动控制；半主动控制I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractThestaycableisthemainstructureinforceofcable-stayedbridges.Becauseofthecharacteristicoftherelativelysmallmassandverylowinherentdamping,it’se

6、asytocausevibration.Theaccurateanalysisforthedynamicscharacteristicofstaycableisanimportantworkforthedesignofcable-stayedbridge.Theresearchofpaperinvolvesthefollowingcontents.1.Thestructuralmodelofdampersystemonthestaycableisdesigned.Basedonthismodel,themotionequationofMRdamper-staycablesystemisa

7、chieved.ThenthemodeanalysisforthesystemisdonebyAnsystoachievetheprecedingfivesteps’vibrationfrequenciesofstaycablemodel.Meanwhile,throughtheanalysisoftransientstate,themassmatrix,therigiditymatrixandtheprecedingfiveste