考虑时滞的基于磁流变阻尼器的结构随机半主动控制方法

Summary

该文提出了一种具有时滞补偿的随机最优半主动控制方法（SOSC-PSO），旨在保持MR阻尼器控制结构的可靠性。

Abstract

在半主动控制系统中使用磁流变 （MR） 阻尼器面临一个关键挑战：反馈过程引起的时间延迟，这会降低土木工程结构在随机激励下的可靠性。该文提出了一种具有时滞补偿的随机最优半主动控制方法（SOSC-PSO），利用物理随机最优控制理论（PSO）来解决这一问题并保持结构可靠性。所提出的方法将半主动控制力作为当前和先前状态的函数推导出来，补偿控制过程中的时间延迟。为了优化控制效果，根据系统的可靠性标准调整关键参数。在随机地震激励下对单自由度和多自由度结构的验证分析表明，时间延迟会显著损害 MR 阻尼器的性能。然而，具有时滞补偿的 SOSC-PSO 方法显著提高了控制效果，并且通过优化参数，它增强了结构控制系统的可靠性，超越了没有参数优化的方法。

Introduction

在面对灾难性事件（如地震和极端大风）时，提高工程结构的性能仍然是土木工程界的主要关注点。结构控制是一种减少振动的有效技术，已被证明可以提高此类结构的安全性和功能性 ^1,2,3。在过去的几十年里，为此目的开发了各种先进的方法和技术。根据用于驱动控制设备的能量类型，这些方法大致可分为四类：主动、半主动、被动和混合控制系统 4,5,6,7。

在主动控制中，所需的控制力直接通过控制装置施加，这需要大量的能量 ^8,9,10。另一方面，半主动控制涉及根据控制信号调整控制设备的特性（例如阻尼或刚度），与主动系统相比，需要的能量要少得多¹¹。相比之下，被动....

Protocol

1. 随机最优半主动控制方法

由于 MR 阻尼器的控制效果受到不可避免的时间延迟的显着影响，因此开发了一种带有时间延迟补偿算法的半主动控制方法，以提高受控结构的性能。此外，外部激励固有的随机性导致了动态响应的明显不确定性。引入 PSO 控制来优化所提方法的关键参数，以保证结构控制系统的可靠性。

1.1 半主动控制的补偿算法

在不损失通用性的情况下，考虑一个由 MR 阻尼器控制的 n 自由度 （n-DOF） 结构，具有时间延迟，其中受到随机激励的运动方程由下式给出：

（1）

其中 分别表示....

Results

针对时滞对基于 MR 阻尼器的方法控制效果的影响，该文提出了一种具有时滞补偿的半主动控制方法。在所提出的方法中，基于可靠性准则对关键参数进行了优化。通过比较控制效果，得出以下结论：

（1） 基于 MR 阻尼器的半主动控制方法比主动控制方法更鲁棒。即使有时间延迟，半主动控制系统仍然达到一定的控制效果，但不会产生不稳定。

（2） MR 阻尼器的半主动控制方法的控制效果受时间延迟的显著影响，随时间延迟表现出特征性的周期性波动。

（3） 通过时间延迟补偿，半主动控制结构的可靠性显著提高，不确定性降低。

（4） 通过优化所提出的半主动控制方法的关键参数，结构控制系统实现了不同响应的平衡最优可靠性。

....

Discussion

随着物理随机最优控制理论（PSO）的引入，该文提出了一种具有时滞补偿的随机最优半主动控制方法（SOSC-PSO），旨在保持MR阻尼器控制结构的可靠性。为了补偿所提出的方法中的时间延迟，半主动控制力不仅推导出为当前状态的函数，而且推导出离散状态空间中先前时间步中的状态和控制力的函数。为了实现可靠性的最优控制效果，基于结构控制系统的可靠性准则对 SOSC-PSO 方法中的关键参数进行了优化。

为了进行验证，研究了具有单自由度和多自由度的结构，这些结构受到随机地震激励并由 MR 阻尼器控制。分析表明，MR 阻尼器的控制效果受到时间延迟的显着影响。然而，一种设计良好的半主动控制方法，包括时间延迟补偿，可以大大提高控制效果。此外，与没有参数优化的方法相比，在参数优化的情况下，SOSC-PSO 方法可以进一步提高结构控制系统的可靠性。

基于 MR 阻尼器的半主动控制方法面临反馈过程导致的时间延迟挑战，导致土木工程结构在随机激励下失去可靠性。这项研究有助于提高 MR 阻尼器.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
MATLAB	MathWorks	2016	用于计算所提出的方法