[发明专利]一种基于惯容隔振器改善变电站抗震性能的方法

权利要求书

1.一种基于惯容隔振器改善变电站抗震性能的方法，其特征在于，将具有隔震支座的变电站简化为单质点模型，在变电站的水平方向安装惯容隔振器，以改善变电站抗震性能，步骤如下：

步骤1、求解安装惯容隔振器时，地震加速度相对于变电站水平位移的传递函数；

步骤2、根据地震加速度相对于变电站水平位移的传递函数，求解安装惯容隔振器时H₂范数性能指标解析函数；

步骤3、根据H₂范数性能指标解析函数，在给定优化区间内，选取给定的惯容量质量比，通过最小化H₂范数性能指标解析函数，求解惯容隔振器的阻尼比和刚度比，用于改善变电站抗震性能；

具体地，选取三种不同的惯容隔振器机械结构，分别命名为N1、N2和N3结构，具体为：

(1)首先将单个阻尼器c₁与单个惯容b并联，然后再与另一个阻尼器c₂串联，由此获得的机械结构即为N1结构；

(2)首先将单个阻尼器c₁与单个惯容b串联，然后再与另一个阻尼器c₂并联，由此获得的机械结构即为N2结构；

(3)首先将单个阻尼器c₁与单个弹簧k并联后，然后再与单个惯容b串联，最后将前面由单个弹簧、阻尼器和惯容构成的机械结构再与另一个阻尼器c₂并联，由此获得的机械结构即为N3结构；

步骤1中，求解安装惯容隔振器时，地震加速度相对于变电站水平位移的传递函数，具体方法为：

变电站水平方向的运动方程为：

其中，M为变电站非隔震结构的总质量；K为变电站隔震支座的水平刚度；F为惯容隔振器对变电站水平方向施加的力；x为变电站水平方向相对于地面的位移；为变电站相对于地面的加速度；为地震加速度；

惯容隔振器施加的水平方向的作用力F为：

F＝sY(s)x

其中，s为复变量；Y(s)为惯容隔振器的机械导纳函数；

地震加速度相对于变电站水平方向位移x的一般性传递函数H(s)为：

对于N3结构的惯容隔振器，传递函数H_N3(s)为：

其中，b为惯容量；k为弹簧的刚度系数；c₁和c₂分别为两个阻尼器的阻尼系数；

引入隔震结构体系的固有频率和惯容隔振器的无量纲参数，惯容量质量比σ＝b/M，阻尼比ξ₁＝c₁/(2ω₁M)，阻尼比ξ₂＝c₂/(2ω₁M)和刚度比λ＝K/k，N3结构的传递函数H_N3(s)为：

其中，中间变量g_N3a和g_N3b分别为：

g_N3a＝2ω₁[(ξ₁+ξ₂)σ+ξ₁]λ

N1结构和N2结构惯容隔振器的传递函数如下：

1.N1结构惯容隔振器的传递函数H_N1(s)为：

2.N2结构惯容隔振器的传递函数H_N2(s)为：

步骤2中，根据地震加速度相对于变电站水平位移的传递函数，求解安装惯容隔振器时H₂范数性能指标解析函数，具体方法为：

对N3结构的惯容隔振器，首先将传递函数H_N3(s)转化为状态空间的形式可得：

H_N3(s)＝C_cl(sE-A_cl)^-1B_cl+D_cl

其中，s为复变量，E为单位矩阵，状态矩阵A_cl，为输入矩阵B_cl，测量矩阵C_cl，输出矩阵D_cl分别为

然后，当矩阵A_cl稳定且D_cl＝0时，通过以下线性方程求解矩阵L

其中，为Kronecker乘积，vec表示矩阵拉直向量；

最后，根据矩阵L，求解N3结构惯容隔振器H₂范数性能指标解析函数I_N3：

其中，中间变量p_N3a、p_N3b、q_N3a和q_N3b分别为：

N1结构和N2结构惯容隔振器的H₂范数性能指标解析函数如下：

1.N1结构的H₂范数性能指标解析函数I_N1为：

2.N2结构的H₂范数性能指标解析函数I_N2为：

步骤3中，通过Matlab的最优化工具fmincon使H₂范数性能指标达到最小值，来最小化H₂范数性能指标解析函数，求解惯容隔振器的阻尼比和刚度比。