土木工程結構振動的智能控制

吳迪

摘 要：本文就土木工程的結構針對智能控制進行了一定的分析，并對磁流變液阻尼器的智能控制的有效控制策略研究。

關鍵詞：土木工程；結構振動；智能控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.089

1 500KN的足尺磁流變液阻尼器

1.1 關鍵技術

①制備：磁流變液的性能對于其阻尼器的性能有著直接的影響，而與傳統阻尼器所追求的各項指標都達到最優不同，本文主要研究了磁流變液阻尼器在其智能控制這一方面所存在的種種問題，并且認為如果要扔磁流變液阻尼器發揮出最大的功效，就需要充分的提升其穩定程度。

10ml 50%含量羰基鐵粉的磁流變液在無外界干擾這一情況下精致100天中，其沉降量與實踐的關系圖。這種磁流變液在靜止了100天之后，其析出的體積僅僅占據1%。整個磁流變液其磁感應強度以及最大屈服剪應力這兩者之間的關系曲線。外加的磁感應強度對于最大的屈服剪應力有著正相關的聯系。而當其外加的磁感應強度上升到0.4T這一程度時，會使得磁流變液的最大屈服里變為90KPA。

②關鍵技術：在進行磁流變液阻尼器的制作過程中，需要充分的把握住以下幾點關鍵技術：新型的蓄能器制作技術；控制器的恒流技術；磁滯效應的調整技術；磁場的防漏技術；引線的保護技術以及抗沉降技術。而借助于這些關鍵技術，能夠有效的保證足尺磁流變液阻尼器的性能達到一個相當高的水準。

1.2 足尺磁流變液阻尼器的相關力學參數與模型

①性能試驗：一般情況下足尺磁流變液阻尼器的安裝示意圖，并且在正弦激勵的作用下會使得其電流變化會在沒0.2A的情況下進行遞增。而在電流的不斷變化之下，該阻尼器的阻尼力與位移以及速度的相關變化曲線。而隨著電流的不斷增加，會使得磁流變液阻尼器中的最大屈服剪應力也不斷變大，并進一步的導致其阻尼器隨著電流的增大而逐漸增大。而在電流不斷變化的情況下，阻尼器的最大阻尼力與理論值有著一定的差別。而且當電流為1A時，磁流變液阻尼器的最大阻尼力便能夠達到523KN這一標準。而且其理論值與實驗值有著比較小的誤差，這也就能夠充分的滿足相關足尺磁流變液阻尼器的相關設計要求。

②力學模型：在充分的現有研究結構支撐下，本文提出了一種結構相對簡單并且有著良好使用性能的Bingham力學模型，而依據該模型，能夠利用下述公式來進行阻尼器輸出時其阻尼力的合理表示。

2 進行磁流變液阻尼器的智能控制的有效控制策略

磁流變液阻尼器要想有效實現其結構振動的智能控制，就必須重視其相關參數的調整策略。本文在上述的磁流變液阻尼器的力學模型基礎上進行了其半主動控制與主動控制的先關優勢，并在此基礎上進行了半主動控制策略的提出。

（1）半主動控制效果的優勢所在。目前在進行半主動的控制策略研究過程中，還存在著諸多的缺陷與不足之處，這也是人們認為磁流變液阻尼器的半主動控制效果與被動控制效果有差別的重要原因。但是如果一味的采用被動-開的結構振動控制模式來取代半自動控制，那就勢必會失去進行磁流變液阻尼器的結構振動智能控制的相關意義。

通過該力學模式，可以分析出磁流變液阻尼器其控制能力的實現是由自身的粘滯阻尼力與庫倫阻尼力兩者合力完成的。而通過進行足尺的磁流變液阻尼器進行試驗，其相關試驗結果的參數識別可以得知：在磁流變液阻尼器中的粘滯阻尼系數其變化程度要遠遠的小于庫侖力的變化氛圍，也就是說在進行磁流變液阻尼器的控制力實現過程中，主要是由不可調節的粘滯阻尼力以及有著良好調節能力的庫倫阻尼力兩部分構成的。因此在進行相關參數的調節過程之中可以借助于摩擦阻尼器相關的控制策略來進行有效的調節。

而在進行傳統的摩擦阻尼器的半控制目標這一過程之中，其控制的目標在于讓滑動作用下所產生的耗能盡可能的變大，并且要求其摩擦力的調整能夠始終處于一種因為結構響應黨導致摩擦力較小的狀態之中。這樣就能夠時期一直處于滑動狀態之中，并且不斷的進行著滑動耗能。但是這樣的控制策略有著明顯的缺陷存在。也就是其耗能的目的主要是為了進行速度響應的抑制，而當速度響應的方向沒能與位移的響應方向保持一致是，其速度本身便有著能夠有效減少結構位移相應的作用。而在這種情況下進行速度反應的抑制，就會導致在實際的工作過程中造成位移響應實際作用進一步的變大。這也就要求必須建立起一個能夠合理的調節阻尼器的耗能能力的半主動控制策略。

（2）進行固定增量的改進。在結構的速度以及相關位移響應方向保持一致的情況下，通過進行固定定量的增加來進行阻尼力耗能能力的增強。并將調節過后的磁流變液阻尼器的最大可調庫倫力作為標準，并且將其調節到對應程度。利用這樣的調節方式，一方面能夠有效的保證整個磁流變液阻尼器自身的耗能能力，另一方面還能夠將其耗能作用進行最大限度的發揮。

3 結束語

結構振動控制作為一種全新的、積極主動的結構對策，正在逐步與新興控制技術、信息技術和新材料技術相結合，向自動化、智能化方向發展。而且在現階段的阻尼器應用過程中，多半運用的是被動-開的磁流變液阻尼器的控制方式，但是這種控制方式也難以取得一個良好的控制效果。這也就需要對現有的磁流變液阻尼器進行不斷的改革與完善，并且進行在固定增量上進行改進的半主動控制策略。這樣就能夠有效的增加土木工程結構振動的智能控制。

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