[发明专利]桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法

说明书

本发明公开了一种桥墩‑磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法，包括以下步骤：建立桥墩‑支座系统在冲击载荷作用下的振动方程；根据传感器采集到的梁体位移、速度、加速度信息，同时考虑系统中所存在的滞后时间，将振动方程写入状态空间，建立冲击载荷作用下隔振系统的状态方程；将冲击载荷作用下桥墩‑支座隔振系统的状态方程进行离散化；建立桥墩‑支座隔振系统半主动预测模型；选择桥墩‑磁流变支座隔振预测控制系统的性能指标；求桥梁隔振系统的最优控制作用力。本发明提出的将半主动预测控制算法引入桥墩‑磁流变支座隔振系统，用来解决磁流变支座在桥梁隔振系统中控制效果不佳及减小系统中不可避免存在的时滞对控制性能的影响。

技术领域

本发明涉及结构振动控制领域，尤其涉及一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法。

背景技术

为提高桥墩的隔振缓冲能力，通常在桥墩和主梁连接处设置支座，通过延长结构振动周期来减小地震对桥梁的破坏；传统被动支座虽在一定激励条件下具有良好的减振能力，但在大载荷冲击下却无法智能的调节自身刚度、提升竖向强度来抵抗冲击和大变形，且在桥墩抗冲吸能中减小传递力和支座位移本身是一对矛盾，总体缺乏良好的抗冲击和振动隔离兼容性，成为桥梁结构安全体系中的最薄弱环，常导致墩梁移位、落梁等震害的发生，给桥梁结构的抗冲防护安全带来极大的隐患。

随着智能材料的发展而出现的磁流变支座(MRB)，其剪切模量和阻尼损耗因子在磁场作用下具有优良的力学可调性，且在大拉伸、压缩或剪切作用下仍具有良好形变耗能能力，是当今国际研究的热点；而将支座放置于桥梁系统面对地震、撞击等大载荷冲击时，从数据采集、控制律运算到控制作用的施加都需要一定时间，这必然导致控制时间的滞后，对控制系统的稳定性及性能有很大影响，并且目前结构振动半主动控制的研究主要集中在基于全局最优的经典反馈控制算法，但桥梁结构振动必须考虑地震等不确定干扰因素及自身参数的不确定性，这给基于全局最优的结构振动控制建模带来一定的难度，并且可能因刚度等变化产生较大的模型偏差而影响结构整体抗震性。

如何减小时滞问题及未来不确定干扰因素对控制系统的影响，使支座更灵活的发挥其减振作用，符合桥梁安全的刚度阻尼同时可调可控的桥墩-支座-控制耦合的半主动隔振系统的理论方法与设计是关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，

一种桥墩-磁流变支座隔振系统的半主动预测控制方法，所述桥墩-磁流变支座隔振系统主要由桥面、磁流变支座、桥墩、地基、冲击载荷发生器、位移传感器、加速度传感器及控制器组成；所述控制器基于半主动预测控制算法，采用滚动优化的思想实时改变控制电流，通过电流改变磁场来调节磁流变支座的参数，使支座产生的控制力不断逼近最优控制力，所述半主动预测控制算法具体包括以下步骤：

S1建立桥墩-支座系统在冲击载荷作用下的振动方程；根据传感器采集到的梁体位移、速度、加速度信息，同时考虑系统中所存在的滞后时间，将步骤振动方程写入状态空间，建立冲击载荷作用下隔振系统的状态方程；

S2将冲击载荷作用下桥墩-支座隔振系统的状态方程进行离散化；

S3建立桥墩-支座隔振系统半主动预测模型；

S4选择桥墩-磁流变支座隔振预测控制系统的性能指标；

S5求桥梁隔振系统的最优控制作用力。

进一步，步骤S1中，所述振动方程为：其中，M,C和K分别为桥梁结构n×n的质量、阻尼、刚度矩阵；t为振动持续时间；和x(t)分别为系统相对于地面的加速度、速度和位移反应向量；u(t)为r维控制力向量；为地震地面运动加速度向量，F＝-MI₁，I₁为单位列向量；E为n×r维支座位置指示矩阵。