[发明专利]基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法

说明书

基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法，减隔震部分包括上柱、下柱、电磁铁、压力传感器、位移传感器、基础、摩擦摆支座、控制部分，摩擦摆支座由上盖板、下盖板、滑动曲面、滑块、限位块构成；控制部分是基于PSO智能算法的控制单元。控制方法的步骤为：地震时，结构发生响应，摩擦摆工作，压力、位移传感器接受信号，将信息传输给控制部分；控制部分中的计算机数据处理器对信息经过PSO‑LQR智能算法计算后得到最优控制力；将最优控制力通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，控制电磁铁工作，使摩擦摆支座安全工作。引入了PSO算法来对LQR控制器的参数进行优化选取，保证系统既能够高效的运行又可以得到最优解，最终达到全局最优控制。

技术领域

本发明属于建筑结构领域，涉及到地震的半主动减隔震技术。

背景技术

地震是一种具有极强破坏力的自然灾害，据统计，地球上每年约发生500多万次地震,地震能造成大量的人员伤亡以及建筑物的倒塌对人类的生命和财产都会造成巨大的损失。但当前的科技水平尚无法预测地震的到来,我们只能采取一些措施,比如安装减隔震装置,将地震产生的危害尽量降低到最小。由于近年来摩擦摆支座的不断发展，使得越来越多的建筑结构中使用了摩擦摆支座，从而来减少地震造成的危害。 但随着摩擦摆隔震支座投入使用，关于摩擦摆隔震支座的一些问题也随着暴露出来，从实际的使用过程中反映出的问题有：竖向抗拔能力不足、摩擦系数多变以及自复位能力不足等问题。

近些年，智能的半主动控制装置已经在振动领域获得越来越多的关注。半主动控制方法既能减少对外界能量的依赖，又有优于被动控制的效果，只需要少量的能量调节便可实现主动最优控制。控制算法是半主动控制系统的核心，它直接决定了控制系统的控制效果。现有的常用的振动控制算法主要包括H∞控制、滑模控制、最优控制、模糊控制等。其中，LQR控制是一种适用性很强的最优控制，其最大的优点是可得到状态线性反馈的最优控制律，易于构成闭环最优控制，其性能指标物理意义明确，因此被广泛运用于振动控制中。

LQR控制模型中，Q和R的选取直接影响着最后的控制效果，但Q和R的选取无规律可循。到目前为止，学者们就如何确定最佳的Q与R矩阵以及获得全局最优控制力进行了多年研究。现有一种复杂双层磁悬浮精密隔振系统，将遗传算法引入到LQR控制模型中，求得最佳的Q与R矩阵，仿真结果表明该系统隔振效果优良。但遗传算法编程复杂，考虑参数多，而粒子群算法是一种对鸟类觅食的行为进行建模和仿真的群智能全局优化算法，该算法具有优化性能良好，收敛速度快等优点，在函数优化问题求解领域得到广泛的应用。能够取得比遗传算法更好的优化效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法。

本发明是基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法，基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，摩擦摆减隔震部分包括上柱1-1、下柱1-2、电磁铁1-3、压力传感器1-4、位移传感器1-5、基础1-6、摩擦摆支座2、控制部分3，摩擦摆支座2是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板2-1、下盖板2-2、滑动曲面2-3、滑块2-4、限位块2-5构成；控制部分3是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-6相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，用于地震时通过摩擦摆支座2工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器1-4和位移传感器1-5分别安装在摩擦摆支座的滑动块2-4上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器1-4和位移传感器1-5能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分3；控制部分3能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁1-3工作；两个电磁铁1-3分别放入上盖板2-1和下盖板2-2中，当控制部分3判断电磁铁1-3工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X。

本发明的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统的控制方法，其步骤为：