结构振动的逆系统预测控制

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1、华中科技大学硕士学位论文结构振动的逆系统预测控制姓名：廖林雨申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：伋雨林2011华中科技大学硕士学位论文摘要土木工程结构振动控制不同于传统的结构设计中仅依靠结构自身性能抵御外部激励的方法，而采用外加控制系统主动或被动地控制结构的动力响应。现代控制理论的引入，虽然能够从理论上解决系统的稳定性、可控性、可观测性等许多复杂的控制问题，但多数控制方法都要求受控对象具有精确的数学模型。而土木工程结构是高度非线性、强耦合、多变量、不确定的复杂系统，很难为其找到精确的数学模型。

2、因此，急需一种不依赖受控结构精确计算模型的控制策略。本文首先对神经网络及逆系统控制进行研究，并将其理论成果应用于结构主动控制中，建立一种无需结构精确数学模型的逆系统预测控制器。在此基础上，将本文建立的神经网络逆预测控制器应用于高层建筑的结构振动控制中，通过数值仿真，模拟结构模型在两条地震波激励下，受TMD与HMD控制时的地震响应。最后，将几种目前常用的主动控制算法与逆系统预测控制算法进行对比，从结构地震反应峰值、最大层间位移角、最大基地剪力和最大控制力等几方面，分析其各自的优劣。结果表明，神经网络逆

3、预测控制器对结构的地震反应有良好的控制作用，减振效果明显，优于单一的TMD控制系统。同时，几种主动控制算法的对比可以为类似高层建筑结构的主动控制分析和设计提供参考。关键词：结构振动控制、建筑抗震、控制算法、逆系统方法、预测控制I华中科技大学硕士学位论文AbstractVibrationcontrolisdifferentfromtraditionalseismicdesign,whichresistsexternalpowerbychangingstructurecharacteristicitse

4、lf.Instead,itsuppressesearthquakeandwindresponsesbytheactiveorpassivecontrolsystems.Althoughmoderncontroltheorycansolvemanycomplexproblemsofsystem,suchasstability,controllability,observabilityandsoon,theaccuratemathematicalmodelisneeded.However,mostciv

5、ilengineeringstructuresaresuchsystems,whoseaccuratemathematicalmodelscannotbefoundeasily.Therefore,weneedacontrolstrategywithoutaccuratemathematicalmodels.Thisdissertationfocusesontheresearchofinversesystemandneuralnetwork,aswellasitsapplicationinstruc

6、turalvibrationcontrol.Bythisway,aninversesystempredictivecontrollerwasbuilt,whichisthecontrolstrategyweneed.Afterwards,thecontrollerwasusedinthestructuralvibrationcontrollingofahigh-riseconstruction.Thenumericalsimulationwasusedtosimulatetheearthquaker

7、esponsesofconstructionmodelcontrolledbyTMDandHMD.Finally,theinversesystempredictivecontrollerwascontrastwiththreecommonactivecontrolalgorithmsonseveraldifferentpoints.Thesimulationresultsshowedthattheinversesystempredictivecontrollercouldplaygoodroleso

8、nsuppressingearthquakeresponsesofsuchabuilding.Atthesametime,thecontrastingofdifferentactivecontrolalgorithmsmaybeusefulforsimilarcontrolproblemsofotherhigh-risestructures.KeyWords:Structurevibrationcontrol;Seismicdesign;controlalgorith