基于AMD柔性高层建筑系统振动控制方法

作     者：张学洁 

作者单位：长春工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘姝阳

授予年度：2024年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0814[工学-土木工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：柔性高层建筑系统 主动质量阻尼器 振动控制 分布参数模型 非仿射故障 事件触发 

摘      要：随着城市化进程的不断加速以及科学技术的不断发展,高层、超高层建筑层出不穷。相比于传统的低层建筑,高层建筑系统不仅需要满足人类对于居住舒适度的要求,还需要克服强风及地震等恶劣天气所带来的影响。随着建筑物高度的不断增加,建筑材料也开始朝着轻量化方向发展,材料的轻量化必然会导致建筑物整体的结构刚度以及阻尼不断下降,使得高层建筑系统存在振动的现象,因此,为保障高层建筑物的安全性以及人民生命财产的安全,研究高层建筑系统的振动控制具有重要的意义。本文针对带有主动质量阻尼器(Active Mass Damper,AMD)的柔性高层建筑系统的动力学以及振动控制问题展开研究。 利用哈密顿原理,针对带有主动质量阻尼器的柔性高层建筑系统进行无穷维分布参数系统动力学描述。采用假设模态法对无限维模型进行离散化处理,建立柔性高层建筑系统的有限维动力学模型。首先,针对基于AMD柔性高层建筑系统的无穷维分布参数模型,采用欧拉-伯努利梁描述柔性建筑系统。基于系统能量选取李雅普诺夫函数,设计了主动边界振动控制器,通过控制主动质量阻尼器的运动抑制高层建筑左右墙体的振动,避免了控制溢出问题。利用半群理论和拉塞尔不变集原理,证明了闭环系统的渐近稳定性。通过仿真分析验证了控制方法的有效性。其次,针对柔性建筑系统的有限维动力学模型,选取对数型障碍李雅普诺夫函数,对振动形变量和阻尼器位移量进行状态约束,保证输出约束在有限的范围内。并考虑基于AMD的柔性高层建筑系统发生突发性复杂故障情形,采用中值定理解决非仿射故障,设计了自适应模糊容错控制器。同时,考虑传统时间触发存在传输资源浪费的问题,采用基于相对阈值策略的事件触发机制进行控制方案的设计。通过对比仿真验证所提控制方法的有效性。 最后,针对带有主动质量阻尼器的柔性高层建筑系统,对未来工作进行总结和展望。