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高耸结构作为一种重要的特种结构,已遍及我国各个部门和领域。由于这种高柔结构的自振频率非常接近风的卓越频率,所以对高耸结构而言,风振控制将会更加迫切,也更加重要。近年来,随着结构振动控制这门新兴学科的不断发展,人们探讨并提出了许多对高耸结构进行风振控制的新型方式。 MTMD(多频调谐质量阻尼器)就是其中的一种。它在结构上由多个质量较小的TMD组成,每个小TMD的固有频率不同,分布在被动结构固有频率的附近,从而形成具有一定宽度的频带。MTMD弥补了TMD减振系统对被动结构固有频率波动过于敏感,以及鲁棒性较差,在高耸结构中难以实现等缺点。 本论文从理论的推导、优化方法的改进、工程上的实现等多方面对MTMD的动态特性、行为机理以及与控制的鲁棒性进行了深入的研究。并对MTMD的一种工程实现进行了初步地探讨。 首先,本文在已证明MTMD有效性的基础上,导出了在零均值平稳白噪声激励下高耸结构的MTMD控制系统的评价指标—动力放大系数的计算公式;在MTMD系统与被控结构质量比一定的情况下,分析了系统的主要参数(包括频带宽度、阻尼比和TMD的数量)对放大系数的影响,并且比较了这些参数之间的相互作用;在给定频带的情况下,讨论了MTMD系统抗被控结构固有频率偏差的鲁棒性。计算和分析表明:频带宽度是影响MTMD控制效果的第一因素,其次为每个小TMD的阻尼比和数量。本论文还采用优化理论中的最大最小化原则,利用数值迭代计算出MTMD减振系统参数的最优取值;探讨了MTMD的初步设计方法,提出了MTMD系统优化设计的步骤,和控制第一振型时的初步设计表格,具有一定的工程应用价值;以洛阳电视塔为工程实例,经计算可见优化后的MTMD控制系统的控制效果比未优化的有很大的提高。然后,本文将被动控制与现代控制理论相结合,采用准最优化方法对MTMD控制系统的参数进行优化,针对理论中的不足提出了二次等效最优控制法(ECPM);采用非线性拟和方法确定了成型滤波器的参数,将具有Davenport风速谱密度的有色噪声转化为白噪声输入,以应用随机最优控制理论,并对被控结构进行了仿真模拟。最后,本文建立了MTMD控制系统在工程中的一种实现——巨型框架多功能减振结构的计算模型和动力方程,比较普通巨型框架和巨型框架多功能减振结构的控制效果表明:这种减振结构具有非常广泛的发展前景。