非线性结构系统随机最优控制策略与试验研究

从物理随机最优控制的基本框架出发，发展非线性结构随机地震反应的最优控制策略和实时子结构试验模拟系统：研究适用于高维随机滞回结构系统的时变主动最优控制律算法和具有一致控制效果的时变半主动最优控制律算法；在此基础上，分析确定性控制方法的基本矛盾和经典随机最优控制理论的内在缺陷，探讨物理随机最优控制中时滞和量测噪声对控制效果和外加能量补偿（控制出力）的影响，发展鲁棒、稳健的非线性结构随机最优控制策略，包括设计具有样本相容特性和时滞、量测噪声屏蔽特性的概率准则。与理论研究相结合，分析试验子结构模拟的数值积分算法、时滞和量测噪声补偿与过滤方法，构建高品质的实时子结构试验模拟系统，真实反映控制装置的工作性能和非线性随机动力学特征，验证滞回结构系统的随机最优控制效果。本项目研究将为实现复杂非线性结构系统性态的精细化控制提供理论基础和技术支持。

强震作用下工程结构非线性随机动力学分析与最优控制是地震工程防灾研究的重要内容。本项目致力于发展鲁棒、稳健的非线性结构随机最优控制策略，在基于物理随机最优控制理论框架下开展高维随机滞回结构系统最优多项式控制、结构随机最优控制样本相容性及其时滞影响分析、基于磁流变阻尼器随机动力学的结构半主动随机最优控制、非平稳随机地震动（地震动场）建模等工作。主要研究成果有：.（1）高维滞回结构系统随机地震响应最优多项式控制。以随机地震动作用下具有Bouc-Wen滞回特性的多自由度非线性结构系统为受控对象，开展了最优多项式控制算法研究。研究表明，相比较采用时不变增益矩阵的控制律，考虑每一个时间步位移和速度对增益矩阵影响的控制律能以较小的控制出力获得较好的控制效果。.（2）结构随机最优控制样本相容性与时滞影响分析。研究了基于物理的结构随机最优控制方法对于结构随机地震响应控制的样本相容性，较确定性结构控制方法和经典随机最优控制方法更稳健。此外，控制系统时滞对控制效率影响显著，速度反馈增益系数决定了结构系统对时滞的鲁棒性。.（3）基于磁流变阻尼器随机动力学的结构半主动随机最优控制。通过大规模分子动力学仿真进行了磁流变液悬浮微观结构行为和动态屈服分析，并结合磁流变阻尼器性能试验，建立了具有随机参数的磁流变阻尼器滞回模型，进而发展了考虑磁流变阻尼器出力不确定性的结构半主动随机最优控制方法。.（4）非平稳随机地震动（地震动场）建模。提出了相位演化零点时间的概念，理论上仅需一个随机变量即可获得吻合良好的地震动记录模拟结果，同时可以方便地推广到考虑空间变异性的地震动场建模与工程应用。进而，选取若干地震动记录进行相位演化零点时间识别，开展了非平稳随机地震动模拟研究。..结合研究创新点，在国内外核心学术期刊和重要国际学术会议上发表论文29篇（其中，SCI收录8篇，EI收录12篇次）；获授权发明专利2项；协助培养博士研究生1人、硕士研究生3人。