结构混合主动调谐质量阻尼器的鲁棒H_∞控制器设计及性能研究

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针对结构—混合主动调谐质量阻尼器(Hybrid Active Tuned Mass Damper,HATMD)系统,本文提出了全状态加权鲁棒H_∞控制的结构振动控制设计方法,并与传统的动力放大系数设计方法进行了比较。使用MATLAB软件中的Simulink模块对结构—HATMD系统进行了地震作用响应分析。论文的研究工作如下:(1)基于鲁棒H_∞控制,提出了全状态加权鲁棒H_∞控制方法,用以设计主动控制结构中的控制器,分析了加权矩阵W和H_∞性能指标g对控制装置的减震性能的影响,并给出了关于加权矩阵W和H_∞性能指标g取值的设计方法。同时与相关文献结果进行了对比,验证了本文方法的有效性和可靠性。(2)针对7种地震波的进化功率谱,从控制层间位移和加速度有效性两个方面分析了所设计控制器对外输入信号的敏感程度。(3)使用Simulink平台,得到了在7种地震波作用下结构—HATMD系统的时程响应,并从结构峰值响应和均方根(RMS)响应两方面比较了全状态加权鲁棒H_∞控制方法和动力放大系数方法设计HATMD的控制性能。(4)为了进一步研究两种控制设计方法对结构参数摄动的敏感度,考虑了5种结构参数摄动工况,通过位移(加速度)有效性降低率来评价控制器鲁棒性指标变化。综合上述研究发现,相对于传统的动力放大系数方法,本文所提的全状态加权鲁棒H_∞控制方法使得结构—HATMD系统能够有效应对外部信号的干扰和系统自身参数的摄动,即系统具有较强的鲁棒性,为HATMD控制装置在土木工程中的应用提供了重要参考。
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