[发明专利]地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法

说明书

技术领域

本发明涉及的是建筑工程结构抗震技术领域，具体地说是涉及一种耗散建筑结构振动能量的阻尼器。

背景技术

目前，摩擦阻尼器是国内外广泛研究的各种耗能阻尼器中构造比较简单的一种。其主要构思是通过受有预紧力的两块固体之间的相对滑动所产生的摩擦力来耗散结构的振动能量。它对于多层、高层乃至超高层建筑的结构控制都具备很好的优越性能。首先，摩擦阻尼器可以制作为摩擦杆件，代替普通杆件直接安装在建筑结构上，不占用建筑结构适用空间，不影响建筑结构造型；其次，摩擦阻尼器的外形简洁且紧凑；最后，摩擦阻尼器作为一种耗能装置，可以控制结构所有振型的地震和(或)风致振动反应。应用摩擦阻尼器在建筑结构进行振动控制很有发展前途。但是，被动式摩擦阻尼器对控制力没有自调能力，不同的地震波对建筑结构的破坏力是有不同的，因此，被动式的摩擦阻尼器应用范围有限。半主动摩擦阻尼器作为被动式摩擦阻尼器的更新和改进，能够完善被动式摩擦阻尼器的不足，提高对建筑结构的控制效果。

已有的半主动变阻尼摩擦阻尼器中大多采用Semi3半主动控制算法，该半主动控制算法有一定的效果，被广泛使用，然而，数值模拟实验证明，在远场地震波作用下，该控制算法下的摩擦阻尼器对建筑结构的加速度的控制效果很差，有时反而还会加大建筑结构的加速度。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足提出一种地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法，基于该算法的半主动摩擦阻尼器能对建筑结构在地震作用下的加速度响应给予有效的控制，而且，随着楼层的增加，其对建筑结构位移、速度响应的控制更有效。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：上述地震作用下建筑结构摩擦阻尼器半主动控制算法，首先采用线性二次型(LQR)经典主动最优控制算法，计算建筑结构在地震作用下的能量最小，并得到此状态下所需的最优控制力；然后，利用已得到的最优控制力分别设计计算出摩擦阻尼器的实时变阻尼和变刚度，并利用它们计算得到摩擦阻尼器的实时半主动摩擦控制力，实现对建筑结构进行半主动控制。该控制算法具体步骤如下：

第一步，选定建筑结构模型，根据需要每建筑结构楼层设置若干个摩擦阻尼器，采集地震波数据；

第二步，采用线性二次型(LQR)经典最优控制算法计算，使建筑结构在地震作用下的能量最小，并设计此时的最优控制力；

第三步，利用上述得到的最优控制力分别设计出摩擦阻尼器的实时变阻尼和变刚度，并利用它们计算得到摩擦阻尼器的实时半主动摩擦控制力，从而对建筑结构进行摩擦阻尼器半主动控制；

第四步，利用上述摩擦阻尼器半主动实时控制力对建筑结构进行控制，并使用MATLAB工具箱提取建筑结构在地震作用下摩擦阻尼器半主动控制时返回的振动响应数据。

上述基于LQR经典最优控制算法计算得到的最优控制力来设计阻尼器的变阻尼和变刚度，并据此进一步设计得到摩擦阻尼器在地震作用下的实时半主动摩擦控制力，为建筑结构实施半主动控制，其半主动摩擦控制力的设计见以下公式：

Cidmax=|uimax/x·imax|---(2)]]>

C_idmin＝C_idmax/s        (3)

K_id(t)＝u_imax/x_imax     (4)

其中：C_idmax、C_idmin分别为建筑结构第i层摩擦阻尼器的最大和最小阻尼系数；

s为阻尼器的阻尼系数可调倍数，可根据控制要求设置；

K_id(t)为任意时刻建筑结构第i层摩擦阻尼器的刚度系数；