结构振动无线分布式控制系统设计及实验研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lu_bright_zhang
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合理应用结构振动控制技术可以有效减小土木工程结构受外力作用的影响,提高抗震抗风性能,延长使用寿命。传统的振动控制技术多采用有线控制方式,具有布线复杂、维护困难、成本高昂、灵活性差等缺点。而采用无线控制方式,不需要大量的线缆器材,成本低,易于安装和维护,系统的灵活性大大增加,更具有高可靠性和便携性。对于大型、复杂的土木工程结构而言,传统的集中控制策略具有运算复杂、可靠性低、局部信息不敏感等特点,而分散控制技术可靠性高、运算复杂度低、局部信息敏感,因此,研究分散振动控制技术对大型、复杂的土木结构振动控制技术的应用意义深远。  针对上述问题,本文基于重叠分散控制算法对五层模型进行了数值仿真,该仿真分别在自由振动响应和EI Centro地震波激励响应两种工况下进行,同时进行了子控制器故障、模拟结构损伤和控制系统正常工作三种仿真实验,并用集中LQG控制进行参照对比。仿真结果表明,在结构损伤仿真实验上,对于局部状态信息更加敏感的重叠分散控制系统的控制效果均明显优于集中LQG控制系统,在子控制器故障和系统正常工作两组实验上,重叠分散控制系统控制效果与集中控制系统相当,但是在层间位移响应表现上更好。  本文基于重叠分散控制算法设计了三层模型无线分散控制系统并进行了地震激励实验研究,该系统以激光位移传感器采集位移信息,通过WIFI无线节点进行无线传输,DSPACE作为控制器嵌入重叠分散控制算法进行控制力计算,AMD作动器对三层弹簧钢架模型施加控制力。该系统分别在地震激励下进行了系统正常工作和子控制器故障两组实验,实验结果表明,本文所设计的无线分散控制系统具有良好的控制效果,相比于集中控制系统具有更高的设计灵活性和高能耗比,在部分子控制器出现故障时能够有效保证系统的控制效果,增强系统的可靠性。本文研究内容为无线分散控制技术在大型土木工程结构振动控制中的应用起到了推动作用。
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