[01175815]斜拉索-磁流变阻尼器温度耦合动力学及快速减振控制研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,承受着主梁所承担的桥面荷载,并将之传递到塔柱上。随着斜拉桥跨径的增大,斜拉索长度己增加至1000m以上,极易在风、风雨、交通载荷作用下发生持续振动,加剧桥梁的疲劳破坏。项目从斜拉索-磁流变阻尼器减振控制系统出发,研究斜拉索-磁流变阻尼器耦合系统动力学建模,探索减振系统参数漂移（弹性模量、阻尼系数等）、未知激励下的减振控制系统模型和半主动控制策略,建立基于耦合动力学模型、非线性系统辨识的减振控制模型在线识别和自适应控制,研究快速控制策略,使磁流变半主动减振效果更加精准有效,项目主要解决了以下问题。 （1）项目基于Hamilton原理与切比雪夫级数求解方法建立斜拉索-磁流变阻尼器耦合系统减振控制模型。以极点表达减振控制快速性和稳定性约束,以方差表达小振幅和振速约束,基于凸优化理论,给出满足相容快速性、稳定性、小振幅以及振速指标约束下的磁流变半主动减振控制算法。以宁波某斜拉索桥C20号索真实数据进行仿真验证。结果表明,减振控制算法能保证斜拉索在随机外界激励下的快速性稳定性,且有效抑制拉索的振幅,减振效果良好。 （2）考虑弹性边界条件对减振控制的影响,项目给出未知输入作用下的减振控制算法。基于Hamilton原理及未知输入观测器,建立了任意边界下减振控制系统模型,构建了系统未知信号估计器。基于UIO对系统的输入信号进行观测与重构,给出了一种新型滑模控制器进行减振控制。仿真表明,具有新型趋近律的滑模减振控制算法能保证系统在未知输入影响下的快速性与稳定性,有效抑制拉索的振幅与振速,且能在激励突变情况下依旧保持良好的减振效果。 （3）针对拉索-阻尼器系统的强非线性问题,项目建立了控制器、监督器、自适应补偿器相结合的模糊自适应减振控制算法。基于模糊估计原理对外界输入信号进行观测重构,以减小未知输入对系统减振控制效果的影响。理论分析表明SC-MRD减振系统的状态有界且能稳定,斜拉索以小振速、小振幅收敛。对比仿真结果发现,对于外界干扰、系统结构不确定带来的输入信号,设计的减振控制算法,可以有效估计与重构,大幅增加了系统减振效果。对于未知激励突变情况,设计的控制器也能保持较好地减振效果。