基于传感与控制一体化的超长斜拉索自适应智能控制研究

基本信息
批准号:51608128
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:20.00
负责人:陈昭晖
学科分类:
依托单位:福州大学
批准年份:2016
结题年份:2019
起止时间:2017-01-01 - 2019-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张笑华,苏家战,李聪,林柏新
关键词:
传感与控制一体化自适应控制自传感磁流变阻尼器超长斜拉索
结项摘要

In terms of the trend of increasing span and flexibility of cable-stayed bridges, this project investigates adaptive control for vibrations of super-long cables in long-span cable-stayed bridges using self-sensing magnetorheological (MR) dampers, which are developed by the integration of sensing and damping to realize collocated control. From the view of systemization, the dynamic characteristics of the self-sensing MR damper are explored using Design of Experiment. Then, based on system identification theory, control-oriented dynamic models are developed by employing support vector machine to describe the forward and inverse nonlinear dynamics of the self-sensing MR damper. The online prediction accuracy and generalization capability of the models are enhanced to guarantee the stability and reliability of the control system. Finally, by considering the facts of limited feedback information, nonlinear damper dynamics, structural system uncertainties and unknown disturbances, an intelligent frequency-domain adaptive control strategy is proposed for smart damping of cable vibrations. The superiority of the control strategy in achieving effective, economic, adaptive and robust control, especially the capability of adaptive control under structural state changes is to be demonstrated from the aspects of theoretical analysis, numerical simulation and experimental verification. The research accomplishment will advance the development of smart structural control technology and provide with theoretical and technical guidance for its implementation in bridge engineering.

针对现代斜拉桥呈现大跨度、轻柔的发展趋势,为解决大跨度斜拉桥拉索振动控制难题,基于传感与控制一体化思想,发展自传感磁流变阻尼器以实现同位式控制,研究应用自传感磁流变阻尼器的超长斜拉索振动的自适应控制。首先,从系统化角度基于试验设计研究自传感磁流变阻尼器的动力学特性。其次,根据系统辨识理论,基于支持向量机建立控制导向的力学模型表征自传感磁流变阻尼器的正、逆非线性动力学,探讨模型在线预测和泛化能力的提升以保证控制系统的稳定性和可靠性。最后,综合考虑反馈信息有限性、非线性阻尼器动力学、结构系统不确定性和荷载未知性等控制实施因素,建立超长斜拉索的智能频域自适应半主动控制策略,结合理论分析、数值模拟和试验验证研究揭示其优越控制性能,尤其是对结构性态变化的自适应控制能力,以期实现高效、经济、自适应和鲁棒的控制目标。项目研究成果丰富和发展智能结构控制技术,为其在实际桥梁工程的推广应用提供理论和技术支持。

项目摘要

针对现代斜拉桥呈现大跨度、轻柔的发展趋势,为解决大跨度斜拉桥拉索振动控制难题,基于传感与控制一体化思想,发展自传感磁流变阻尼器以实现同位式控制,结合理论分析、数值模拟和试验验证系统研究应用自传感磁流变阻尼器的超长斜拉索振动的自适应控制。主要包括:(1)基于动力试验研究了自传感磁流变阻尼器的动力学特性;(2)提出自传感磁流变阻尼器的非参数化建模方法,建立其控制导向的力学模型,并有效提升其在线预测和泛化能力;(3)实现仅利用自传感磁流变阻尼器的有限量测信息的斜拉索半主动控制策略,保证控制实施的经济性、易维护性和可靠性;(4)研究将自传感磁流变阻尼器的非线性动力学融入闭环控制回路能有效改善实时控制力跟踪能力及其控制性能;(5)综合考虑反馈信息有限性、非线性阻尼器动力学、结构系统不确定性和荷载未知性等控制实施因素,建立基于自传感磁流变阻尼器的斜拉索智能频域自适应半主动控制策略,验证了其优越控制性能,尤其是对结构性态变化的自适应控制能力,实现高效、经济、自适应和鲁棒的控制目标。项目研究成果丰富和发展了智能结构控制技术,为其在实际桥梁工程的推广应用提供理论和技术支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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