基于区域极点配置的隔震换能控制

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1、第11卷第1期广州大学学报(自然科学版)V01．11No．12012钲2月JournalofGuangzhouUniversity(NaturalScienceEdition)Feb．2012文章编号：1671—4229(2012)01-0044-05基于区域极点配置的隔震换能控制孙作玉，王晖(广州大学土木工程学院，广东广州510006)摘要：隔震换能控制系统是一种新型半主动控制方式，具有隔震换能和主动控制的双重功能，既避免了传统主动控制需要提供主动控制能源所带来的控制成本高、可靠性不易保障的问题，又克服了传统半主动控制控制力局限性较大，影响控制效果的不足．理论分析及试验研

2、究表明，换能器的换能效率与其相对位移、蓄能器的参数等因素有关．将隔震换能装置布置于隔震层，并将控制器安装在结构的顶层，以提高换能效率和结构的控制效果．采用区域极点配置，应用线性矩阵不等式求解方法，设计了便于工程应用的鲁棒控制器，兼顾了系统不确定性因素的影响和控制性能指标的要求．关键词：隔震换能控制；极点配置；鲁棒控制；线性矩阵不等式；系统不确定性中图分类号：O327文献标志码：A建筑结构在其服役期内可能经受地震激励或方案不需要额外的主动控制能源，却可以实施主强风等随机荷载的作用，为了减轻外界激励对结动控制，不但综合了主动控制和半主动控制的优构物的影响，提高其安全性和可靠性，

3、传统的手段点，而且避免了两者的不足．是通过提高结构的抗力来应对，即加大构件的尺本文研究多层建筑结构在地震激励下的鲁棒寸或采用强度更高、性能更好的建筑材料．另一种控制问题，采用隔震换能控制方案．考虑到换能器方法则是采用结构振动控制技术¨J，对结构施的换能效率与其工作时的相对位移、蓄能器的参加控制，使其具有更经济、可靠和安全的性能．经数等因素有关一，将换能器布置于结构的隔震过近5O年来的研究和发展，证明这是一种行之有层处，以充分发挥其隔震和换能的效率；并在结构效的技术措施．结构振动控制可分为被动控制、主的顶层施加主动控制，这对于在地震激励下，多层动、半主动和智能控制．被动控制采

4、用隔震或耗能建筑结构的振动以层剪切变形为主的情况，可加元件即可实现，技术简单，因而得到了广泛的工程强振动控制效果．将换能器与隔震层的力学参数应用，但其控制效果有时并不理想；对比而言，主进行等效简化，应用区域极点配置法j，通过求解动控制的控制效果好，但是其技术实现复杂，由于线性矩阵不等式(LinearMatrixInequalities，需要提供持续稳定的能源供应，成本较高，同时也LMI)¨，设计了便于工程应用的鲁棒控制器．潜在可靠性不易保障的问题．半主动控制则以其耗能小、反应快的特点成为目前研究热点j，但是1多层建筑结构隔震换能控制由于采用主动控制的方式，实施的却是被动控制

5、，因此其控制效果依然有很大的局限性．1．1隔震换能控制装置简介隔震换能控制是近年来提出的一种新的隔震换能装置原理见图1，该装置主要由双向半主动控制方案，其主要特点是兼具隔震换能和液压油缸、蓄能器、单向阀、电磁阀、溢流阀、油箱主动控制的功能．其中的换能装置可以将结构在和油路等部件组成．通过电磁阀的主动控制，该装外界荷载激励时产生的一部分动能转换为液压能置可以进行换能或控制．当工作在换能状态时，装并储存起来，作为主动控制的能源．因此这种控制置利用在外界激励荷载作用下活塞在液压缸内产收稿日期：2011—08—31；修回日期：2011—11—29基金项目：国家自然科学基金项目(51

6、178127)资助作者简介：孙作玉(1963一)，男，教授，博士．E-mail：sunzuoyu@163．tom第1期孙作玉等：基于区域极点配置的【z一隔0震．0'lJ一换_能控制45i886OOO0生的往复相对运动，使得油箱中的液压油在活塞的可能地震激励是随机的，因而设计具有鲁棒性的作用下，通过电磁阀、单向阀等元件组成的油路强的控制器，是十分必要的．考虑一个控制系统，被压入到蓄能器中，实现了将振动的动能转换为如果能将闭环系统的极点配置在所期望的位置液压能，并储存起来的换能功能；当工作在控制状上，就可保证系统具有所要求的动态和稳定性能．态时，利用蓄能器中贮存的高压油，通过油

7、路流向由于模型的不确定性和各种扰动的影响，一般不液压油缸，从而向结构施加控制力，实施主动易实现精确的极点配置．但是在一定的区域内进控制．行极点配置，却是可以做到的，事实上，只要将闭环系统的极点配置在复平面的一个适当的区域内，仍可保证系统具有一定的动态和稳定特性．2基于区域极点约束的控制器设计著一l8oO[}L—————二—————二—————L—————一—、—二厂一—、===

8、{0为了对多层建筑结构隔震换能控制，设计出i一500—100便于工程应用的鲁棒控制器，对闭环控制系统进．150行区域极点配置，并应用线性矩