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基于LMI和MRD的建筑结构振动控制研究

作　者: 张远勤
导　师: 林桐
学　校: 福州大学
专　业: 固体力学
关键词: LMI MRD H_∞控制 H2/H∞混合控制 不确定性
分类号: TU311.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


本文主要研究如何利用线性矩阵不等式（LMI）理论设计控制器，以便于磁流变阻尼器（MRD）更好地进行建筑结构抗震控制。从H∞干扰抑制理论出发，把地震激励当作“噪声”，用LMI方法，设计次优和最优的H∞控制器。分析评价指标对控制性能的影响。考虑到控制力权重选取和实际工程中执行机构的饱和度，提出了改进的H∞控制器设计方案。同时，利用H∞控制的鲁棒性能和H2控制的抑制性能，基于LMI多目标控制理论，设计出H2/H∞混合控制器，改善整体结构或特定楼层的绝对加速度，为MRD的不确定系统设计鲁棒的H2/H∞混合控制器提供理论依据。上述所有控制器的设计属于离线设计，算法简洁直接。对地震具有抑制性能，同时保证系统的稳定性。为了使MRD能更好地模仿期望的主动控制力，提出半连续限幅最优控制策略，并讨论MRD跟踪主动控制力时存在的不确定性，设计了具有鲁棒性能的H2/H∞混合控制器。保证MRD的抑制性能和控制系统的鲁棒性。本文所提出的方法保证了在MRD作为建筑结构振动控制装置时，在满足鲁棒稳定性情况下，具有最优的振动抑制性能。且算法简便，易于工程应用。MRD装置和本文提出的各种控制策略也适用其它结构系统的振动控制。最后，基于Matlab6.1软件平台设计了地震作用下建筑结构振动控制图形用户界面，进行本文算例的计算和仿真，为后续的研究工作提供方便。

全文目录


第一章 绪论  6-13
  1．1 选题背景和意义  6
  1．2 建筑结构振动控制技术的历史、现状和发展趋势  6-9
    1．2．1 建筑结构振动控制的主要的控制技术  6-8
    1．2．2 建筑结构振动控制的主要控制算法  8-9
  1．3 选题依据  9-10
  1．4 课题研究的主要内容和组织安排  10-13
第二章 结构振动控制原理及图形用户界面设计  13-21
  2．1 建筑结构振动控制的基本原理  13-14
  2．2 建筑结构振动控制图形用户界面设计（GUI）  14-20
    2．2．1 建筑结构振动系统计算模型  14-15
    2．2．2 建筑结构振动控制系统的动力学方程  15-16
    2．2．3 时程分析法  16-17
    2．2．4 人工合成地震波  17-18
    2．2．5 图形用户界面设计  18-20
  2．3 本章小结  20-21
第三章 建筑结构振动的H_∞控制  21-36
  3．1 线性矩阵不等式概述  22-23
    3．1．1 LMI概念  22
    3．1．2 标准的LMI问题  22-23
    3．1．3 LMI方法的引理  23
  3．2 结构振动的状态反馈H_∞控制  23-31
    3．2．1 信号的范数  24
    3．2．2 系统的性能  24-25
    3．2．3 状态空间方程和性能要求  25-26
    3．2．4 状态反馈控制器设计  26-28
    3．2．5 算例仿真和分析1  28-30
    3．2．6 结果讨论  30-31
  3．3 改进的H_∞控制器设计  31-35
  3．4 本章小结  35-36
第四章 建筑结构振动的H_2/H_∞混合控制  36-49
  4．1 结构振动的H_2/H_∞状态反馈控制  37-48
    4．1．1 问题描述和性能指标  37-38
    4．1．2 混合指标的LMI描述  38-40
    4．1．3 H_2/H_∞状态反馈控制器设计  40-43
    4．1．4 算例分析及仿真2  43-44
    4．1．5 结果讨论  44-48
  4．2 本章小结  48-49
第五章 采用MRD的建筑结构抗震控制  49-67
  5．1 磁流变阻尼器（MRD）在结构振动控制中的应用  49-53
    5．1．1 磁流变液的机理和特性  49-50
    5．1．2 MRD的工作原理和力学模型  50-53
  5．2 半连续限幅最优控制  53-55
  5．3 模型不确定性结构振动系统的控制  55-59
    5．3．1 不确定性系统描述  55-57
    5．3．2 不确定性系统状态反馈控制器设计  57-59
  5．4 算例分析与仿真3  59-66
    5．4．1 单个MRD控制  59-62
    5．4．2 多个MRD控制  62-66
  5．5 本章小结  66-67
结束语  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 结构理论、计算 > 结构力学 > 结构动力学
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