[发明专利]一种自修正的结构分散振动控制系统设计方法

说明书

本发明涉及振动控制技术领域，具体公开了一种自修正的结构分散振动控制系统设计方法，包括如下步骤：子结构与剩余结构的划分，子结构与剩余结构理论模态信息的获取，剩余结构模态坐标的转换，子结构与剩余结构的组装，子结构模态扩展方程的建立，子结构的模态扩展，子结构与剩余结构参数的同步更新，整体结构有限元模型的修正，整体结构模态误差的验证，子系统状态空间模型的建立，可控标准型的转换，子系统局部状态控制器的设计，子系统间相互作用控制器的设计，整体结构闭环系统的设计。采用本发明的技术方案能够避免结构突发损伤导致控制系统控制性能低下的问题。

技术领域

本发明涉及振动控制技术领域，特别涉及一种自修正的结构分散振动控制系统设计方法。

背景技术

据统计，在基建领域，每年会新建大量的大型展览厅、飞机库、体育馆等大跨空间结构建筑。此类结构在地震、台风等荷载下极易产生影响结构使用功能甚至安全性的振动，例如1989年美国哈特福特中心体育馆的屋盖整体垮塌，中间部分下陷，四边悬挑部分翘起。2013年芦山县城中芦山体育馆网壳发生严重破坏，但周边混凝土结构却未发生结构破坏。

且随着国民经济的提高，在建、待建的结构体系跨度越来越大，导致结构刚性越来越柔、阻尼比愈发降低，而传统“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设计方法仅能提高工程结构的抗震性能，不具备自我调节、控制的能力，难以保证所设计结构的安全性、适用性、舒适性等要求。因此，如何合理控制结构在较大振动下的安全性能目前面临的突出问题。

从20世纪开始，大跨空间结构的振动控制研究得到了快速发展，其能有效控制结构在地震作用下的响应，弥补了传统抗震设计方法的不足。目前该技术已由科学研究逐步走向工程实际应用，例如北京大学体育馆通过安装抗震球铰支座、滑动支座，释放屋盖结构水平推力、防止水平地震作用。希腊2004年奥运会主赛馆在马鞍型屋顶和柱子之间设置了128个泰勒液体粘滞阻尼器，极大减少了地震情况下屋顶的相对位移和柱子的受力。但应指出的是，一方面，由于大跨空间结构构造复杂，需在结构中同时布设多个独立的被动、主动或半主动控制系统，不仅会造成资源浪费，且当唯一的控制器发生故障时无法保证系统的容错性能。另一方面，集中式控制方法需同时采用系统所有测量信号方能计算所有作动器的控制力，导致控制系统复杂且可靠性较差。

因此，近年来学术界提出了分散振动控制方法。该方法基于子模块原理，将大型复杂结构划分为若干区域，并在各个区域布设子系统实施独立最优控制，同时又依靠子系统间信息传递保证整体结构最优控制。相对于传统集中式的振动控制模式，分散振动控制方法通过分散控制需求到各个子系统中，即使整个控制系统中某个子系统出现故障，其余子系统也不会受到影响，整体系统仍能继续进行工作，同步实现子系统与整体系统的最优控制。

然而，现有的分散振动控制方法依赖于整体结构的响应信息，且当结构中出现损伤时仍会沿用无损的结构参数进行振动控制，容易导致控制效果低下的问题。对于复杂的土木结构而言，整体结构的响应往往难以获取，且传统振动控制系统均无法根据结构的实际运营情况实时修正系统参数，这对分散控制系统的实际应用是非常不利的。

因此，需要提供一种适用于大型土木结构的自修正的结构分散振动控制系统设计方法。

发明内容

本发明提供了一种自修正的结构分散振动控制系统设计方法，能够避免结构突发损伤导致控制系统控制性能低下的问题。

为了解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种自修正的结构分散振动控制系统设计方法，包括如下步骤：

步骤1、子结构与剩余结构的划分：对于任意的工程结构，将选定区域的整体结构划分为N₁个子结构与N₂个剩余结构；根据工程结构的设计图纸，建立每个子结构、每个剩余结构在物理坐标下的运动方程；