面向大跨度桥梁减震的多重主动调谐质量阻尼器系统动态优化方法

With the increase of the bridge span, vibration in complex environment brings the growing security threats to the bridge, which become an important factor of bridge health issue. Due to reduction in structure strength and damped coefficient of bridge, its vibration control problem and optimization related have become a kind of technical bottlenecks to the development of large-span bridges. Based on Finite Element Analysis of Multiple Active Tuned Mass Damper (MATMD) system under the complex environment of long-span bridges, this project would focus on scientific issues as followings: 1) established method about MATMD system dynamic modeling and control model of long-span bridges in complex environment. 2) Control synergistic approach of MATMD topology based on an event-driven mode. 3) Submodules Integrated Optimization method，which would solve dynamic optimization problem of MATMD system aim at key technical indicators such as control system stability and fast convergence. Being used combination of theoretical analysis, software simulation and experimental verification, innovative research results will be acquired in this project.

随着桥梁跨度的增加，复杂的振动环境对桥梁的安全威胁越来越大，成为引发桥梁健康问题的一个重要因素。由于大跨度桥梁的结构强度和阻尼的降低，导致了基于多维多质点的主动调谐质量阻尼器的方式的主动减振控制系统受到拓扑结构、激振力、协同性等多条件限制，使得控制器难以维持稳定性和收敛性，其中结构振动控制相关优化技术已成为限制大跨度桥梁发展的重要瓶颈。本项目针对大跨度桥梁结构振动主动控制问题，以复杂环境的大跨度桥梁多重主动调谐质量阻尼系统的有限元为基础，重点解决所遇到的关键性科学问题：1）复杂环境的大跨度桥梁多重主动调谐质量阻尼系统的动力学建模与控制模型建立方法；2）基于事件驱动方式下拓扑结构多重主动调谐质量阻尼系统的控制协同方法；3）基于子模联合优化的方法，以控制系统稳定性和快速收敛为关键技术指标，解决不同拓扑结构中的动态联合优化难题。从理论分析、软件仿真与实验验证相结合的角度，获得创新性研究成果。

随着社会对桥梁等大型基础设施结构的安全性、可靠性关注日益增加，结构振动控制技术也越来越受到人们的重视。本项目开展了摆式调谐质量阻尼器优化设计、评估、控制与减振等方面的研究，从五自由度模型着手，建立了多自由度PTMD的响应与动力学模型以及系统的状态空间方程，然后对PTMD数值模型进行了参数化研究，将主结构和PTMD的耦合运动方程式从时域转换为模态域，确定了最优的阻尼参数。基于扩展卡尔曼滤波器实现了参数优化估计，基于Stewart平台构建了PTMD系统。开展了Stewart平台加速度信号混沌辨析，建立了PTMD控制系统策略与模型，实现了使用更小的质量阻尼器达到了大质量被动TMD相同的效果，最后以一个铁路桥梁为应用对象，开展了动荷载作用下，不同质量比的单PTMD、不同质量比多PTMD仿真研究，从理论分析、软件仿真与实验验证相结合的角度，获得创新性研究成果。