大尺度土木结构振动分散化智能控制理论与试验研究

课题研究地震作用下大尺度土木结构振动分散化智能控制理论与模型试验。建立大尺度土木结构振动控制降阶模型的方法，克服有限元模型设计控制器时维数高问题。将大尺度结构分解成若干个子结构，在子结构内独立的设计满足性能需要的分控制器；研究基于遗传算法和模糊逻辑的中央控制器，解决分散化控制中各分控制器之间的相互协调的问题。将智能算法与最优控制算法和模型试验相结合，建立适用于大尺度土木结构振动控制的智能控制算法。研究致动器和传感器的配置位置对闭环控制系统性能的影响，优化设计致动器和传感器的位置。利用遗传算法，神经网络或模糊逻辑对MR 阻尼器的动态特性进行辨识， 建立智能非参数化模型，模拟MR 阻尼器的正向和逆向动态特性。对不同控制策略下安装有MR阻尼器的模型结构进行振动台试验，对模型结构地震反应的控制效果以及不同控制策略对控制效果的影响和控制稳定性进行分析。

课题研究地震作用下大尺度土木结构振动分散化智能控制理论与模型试验。将大尺度结构分解成若干个子结构，子结构之间的相互耦合作用视为有界广义力，利用滑模理论的抗摄动条件，设计具有全局稳定的子结构滑动模态轨迹，利用子结构系统局部稳定状态实现全局稳定控制的条件，并以参数ρi实现各子结构间的调节，建立了稳定的分散控制格式，克服变结构滑动模态中的抖振影响。采用遗传算法、神经网络、模糊逻辑理论，基于包含原理和分解原理，将地震作用下高层建筑结构振动控制系统分解成一系列子系统,针对每一个子系统设计独立的控制器,通过收缩分散滑模控制器到原状态空间，建立了适用于高层建筑结构振动控制重叠分散控制的智能控制算法。.建立了装有TMD的结构在考虑气动自激力以及抖振力作用下的动力微分方程，利用多模态耦合颤振自动分析法作为TMD控制分析的基本算法，提出了模态空间中多模态耦合颤振分析方法，避免了双参数搜索和迭代计算，提高了计算效率。采用电磁驱动主动质量阻尼器（EMD），将神经网络技术用于解决时延问题，模糊逻辑算法用于从EMD响应确定控制电压，提出了斜拉桥benchmark模型的地震激励的神经网络-模糊控制策略。.通过引入Gibbs自由能和Legendre变换推导了热磁电弹性耦合材料８种形式的本构方程，提出了8个热力学势。利用拉格朗日乘子法，提出了应力、应变、位移、电流、电场、电势、磁感应强度、势、磁场和温度和热通量等11个独立的场变量的哈密顿型广义变分原理。研究成果为磁电弹性耦合材料的有限元方法和智能结构分析与计算提供了理论基础。基于遗传算法和模糊逻辑理论，研究了压电智能结构致动器和传感器位置对闭环控制系统性能的影响，提出了优化设计致动器和传感器的位置的分散模糊迭代学习控制算法和分散遗传－模糊控制算法。