结构振动控制,即通过安装隔振装置来使其在外界荷载作用下的响应不超过正常的标准。结构振动控制的概念具有前瞻性,通过在抗振装置或子系统施加的结构,以承受外部负载的影响,而不是像传统的结构那样,靠自身来抵抗外部负载,从而给工程设计和施工的提供了全新的技术手段。83379

1950年,日本学制Kobori第一次提出结构变刚度一词。1972年,美籍华裔学者J。T。P。Yao(姚治平)定义了结构振动控制,之后各国众多的学者投入到对结构振动控制的研究中;RoordaJ和YangJN分别在用钢索控制高层结构振动和地震随机激励下的优化控制方面取得了显著的成绩;1980年,我国王光院士提出高耸结构风振控制,从此结构振动控制在我国渐渐成为科研热点[6]。随着科技日新月异地发展,结构振动控制已经在机械、航天、船舶、建筑等领域得到了广泛的应用,但仍然有很多的问题有待解决。论文网

振动控制可按照是否依赖外部能量分成被动控制、主动控制、混合控制和半主动控制,主动控制需外部能量的供应。主要包括传感器、运算器和操作装置。半主动控制需要少量的外部能量的供应,混合控制是将上述两种控制结合起来。在上述四者中,最佳的是主动控制,但这种控制方法需要耗费大量外部能量,且控制算法冗杂;被动控制简单易操作,但控制精度达不到要求;半主动控制可靠性高、适应性强,合理利用被动控制与主动控制的优点。因此,半主动控制凭借其优良的控制效果而成为最有发展前景的控制手段。混合控制可靠性高、稳定性好,但结构复杂。1被动控制

被动控制,不用建立在外部能源输入的基础上,而仅仅依靠系统响应产生的势能,且此过程不需要结构控制响应激励,也不需要外部信息的控制手段。被动控制也叫无源控制,是一种调整系统的阻尼、刚度等参数以实现抑制振动,降低能量损耗的经典控制方法。

被动控制的优点:低成本、高性能、实现方便、无需外部能源。其实现形式多样,如隔震、消能、协调阻尼、被动调控等;被动控制的缺点:控制精度差、频带窄和低频控制差。实现被动控制的方法:(1)隔震:隔离已知结构中的特定位置并设置隔震器件;(2)耗能减震:通过阻尼器消耗能量以减振;(3)调谐减震:依靠模态移动将结构的振动转移到附加结构中。

2主动控制

所谓主动控制,是指装置根据输入、输出信息的控制策略,通过外部能量来控制结构阻尼以减振。一般包括开环控制和闭环控制。主动控制可利用外部能源的能量来达到所需的最佳控制状态,适应性强。但是技术难度大、成本大、稳定性低。主动控制实质就是为了消除多余的扰动力而产生一个可以控制的力[13]。它在工程控制领域占有重要地位,既涉及振动理论,又涉及现代控制理论。1989年,美国科学家T。T。Soong等人在国家Buffo地震工程研究中心完成了结构主动控制典型试验,但其应用还不成熟。在我国,宋根由和田石柱联手,出色地进行了了AMD主动控制实验。1997年,南航的顾仲权等创造了《振动主动控制》一书,标志着国内第一部介绍主动控制技术的杰作诞生。

3混合控制

所谓混合控制是指运用主动控制或者被动控制两种及以上措施在一种结构上,它综合了主动控制与被动控制的优点。对于庞大的结构,采用混合控制可以解决仅采用被动控制的效果差和仅采用主动系统造价高的缺点。目前应用较广泛的混合控制装置有主动控制质量阻尼器和TMD混合控制系统及系统治理减震器相结合的混合控制系统等。

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