结构非线性振动的自适应容错控制分析与试验研究

针对结构非线性振动控制问题，研究适合于层间控制方案，主动质量阻尼（AMD）控制方案及隔震控制方案的控制算法；提出考虑传感器和作动器故障的结构非线性振动自适应容错控制算法；最后在结构非线性振动试验模型上验证所提出的控制算法。具体为：1）结合控制装置本身的动态模型，针对层间控制方案，AMD控制方案及隔震控制方案，分析和总结几种方案控制结构非线性振动的特点和规律，并基于人工智能提出合适的控制算法，同时研究几种控制方案联合使用的控制机理和相应控制策略。2）考虑传感器和作动器故障，提出结构非线性振动模型的智能辨识方法，并基于此辨识模型，研究在各种故障下结构非线性振动的自适应容错控制算法。3）建立可重复试验的多层结构非线性振动模型，采用磁流变旋转阻尼器模拟结构塑性铰来实现结构非线性振动，并通过设计合适的跟踪反馈控制律控制其输入电压，从而能够实现不同的非线性行为，最后在此模型上验证所提出的控制算法。

土木工程结构在强震作用下将不可避免的进入非线性阶段，所以需要针对结构非线性振动进行系统和详细的分析，同时结构非线性振动试验模型经常造成试验模型的损伤和破坏，因此需要研究一个具有可重复性的结构非线性振动试验平台对所提出的算法进行试验验证。本项目主要针对结构非线性振动控制问题，研究了各种不同的控制装置及控制算法，分别建立了基于磁流变旋转阻尼器和粘滞旋转阻尼器的多层结构非线性振动模型。具体为：提出了考虑作动器动态模型的结构非线性振动自适应模糊滑模控制算法，可以不需要半主动控制算法设计而直接得出控制要求的输入电压信号；对于结构非线性振动隔震进行详细的分析，结合被动及半主动控制算法研究了结构非线性振动隔震的控制特点，得出了结构非线性隔震控制系统需要采用非线性信息进行设计的结论，如果采用线性信息需要引入负刚度特性来完成振动控制；对于结构非线性振动隔震与被动调谐质量阻尼联合控制系统进行了分析和设计；基于Hinfinity滤波设计完成了考虑传感器故障的结构非线性振动容错控制算法设计与分析，分别针对位移及加速度信号中出现故障信息进行了结构非线性振动容错控制的仿真分析；完成了基于磁流变旋转阻尼器的多层结构非线性振动试验模型的搭建及控制实验验证，通过输入不同的电压可以实现不同的非线性行为；完成了基于粘滞旋转阻尼器的多层结构非线性振动模型，并对试验模型进行了设计和分析，通过调节阻尼器的阻尼系数可以实现不同的非线性行为。