基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制_省略_级Bang_Bang控制仿真分析_王修勇VIP专享VIP免费

第34卷第2期2014年4月地震工程与工程振动EAＲTHQUKEENGINEEＲINGANDENGINEEＲINGDYNAMICSVol．34No．2Apr．2014收稿日期:2013－06－29;修订日期:2013－07－26基金项目:国家自然科学基金项目(51078142、51378203)作者简介:王修勇(1962－)，男，教授，博士，主要从事结构振动控制研究．E-mail:xywang_cs@sina．com文章编号:1000－1301(2014)02－0161－06DOI:10．13197/j．eeev．2014．02．161．wangxy．021基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制与多级Bang-Bang控制仿真分析王修勇，孟庆甲，郭雪涛，孙洪鑫，禹见达(湖南科技大学土木工程学院，湖南湘潭411201)摘要:拉索容易在外部激励下发生大幅振动，采用磁致伸缩作动器提供轴向控制力进行拉索振动控制是一种新的方法。本文建立了拉索－磁致伸缩作动器动力方程，通过实验得到了磁致伸缩作动器力－磁关系，提出了应用磁致伸缩作动器的剪切型线性二次型最优控制(CLQＲ)策略、多级Bang-Bang控制策略，并进行了拉索振动控制仿真分析。结果表明，磁致伸缩作动器具有良好的减振效果。关键词:拉索;磁致伸缩作动器;剪切型线性二次型最优控制;多级Bang-Bang控制;仿真中图分类号:TU311．3;TB53;TU352．1文献标志码:AＲesearchonactiveandmultistageBang-BangvibrationcontrolofcablesusinggiantmagnetostrictiveactuatorWANGXiuyong，MENGQingjia，GUOXuetao，SUNHongxin，YUJianda(SchoolofCivilEngineering，HunanUniversityofScienceandTechnology，Xiangtan411201，China)Abstract:Staycablesaresusceptibletovibrationunderexternalexcitation．Itisakindofnewmethodforcablevi-brationcontrolusingaxialforceprovidedbygiantmagnetostrictiveactuators(GMA)．Inthispaper，motionequa-tionofstaycablecouplingwithGMAisfound．Ｒelationofactuatorforceanddrivingvoltageisobtainedwithpre-magnetizationexperiment．Theoptimalcontrolstrategiesofclippedlinearquadraticregulator(CLQＲ)andmulti-stageBang-BangforGMAareproposed，andsimulationexperimentiscarriedout．Theresultprovesthatthevibra-tionofcablescanbecontrolledeffectivelybyGMAandproposedcontrolstrategies．Keywords:staycable;giantmagnetostrictiveactuator;clippedlinearquadraticregulator(CLQＲ);multistageBang-Bangcontrol;simulation引言拉索是斜拉桥的主要受力构件，承受着斜拉桥几乎所有的恒载和活载。由于其具有大柔度、小质量及小阻尼的特点，在风、风雨、支座振动等动力荷载激励下极易发生多种形式的有害振动。现有拉索振动控制主要方法有空气动力学措施、机械阻尼减振、辅助索与主动控制等。国内外学者对拉索主动振动控制开展了一些研究，Yamaguchi等［1］提出了直接施加横向力控制拉索波传播的方法，该方法能克服采用模态控制方法引起的模态截断误差的影响，但在拉索上施加横向力会在施力点产生弯曲应力，可能导致拉索疲劳问题;Fuji-no［2］、Susumpow［3］、Warnitchai［4］、Achkire［5］等采用压电作动器，通过在拉索锚固端施加沿拉索轴向的控制地震工程与工程振动第34卷力，实现变刚度控制，提出了模态控制方法，并开展了试验研究;最近，Gattulli等［6］同样采用压电作动器在锚固端施加轴向控制力，提出了多点优化控制的方法，进行了仿真和试验研究;周海俊、孙利民等［7］采用形状记忆合金施加轴向作动力，对斜拉索风雨激控制进行了数值分析;朱保兵、李国强［8］对不同边界条件下拉索振动的主动控制开展了研究。采用磁致伸缩作动器进行斜拉桥拉索主动控制，设想在拉索锚固端布置磁致伸缩作动器，利用磁致伸缩作动器在磁场作用下产生的作动力实现拉索主动控制，是一项新的、具有广阔前景的拉索减振技术。本文针对磁致伸缩作动器模型及其拉索主动振动控制与多级Bang-Bang控制开展研究。1拉索轴向主动控制方程对于如图1所示的拉索，设静平衡状态下初始索力为Hs，拉索沿轴向的主动控制力为U(t)，拉索单位长度质量为m，不考虑拉索抗弯刚度和垂度影响，在外部激励f(x，t)作用下的无阻尼运动方程为:图1拉索模型与轴向主动控制力Fig．1Thestaycablemodel...