结构主动控制初步

基本概念

主动控制是借鉴现代控制论思想而提出的一类振动控制方法，它是根据外界激励和结构响应预估所需的控制力，从而输入能量驱使作动器施加控制力或调节控制器性能参数，达到减震效果。

主动控制体系一般由三部分组成：

（1）传感器。用于测量结构所受地震激励及结构反应，并将测得的信息传送给控制系统中的控制器；

（2）控制器。一般为计算机。用于依据给定的控制算法，计算结构所需的控制力，并将控制信息传送递给控制系统中的作动器；

（3）作动器。一般为加力装置。用于根据控制信息由外部能源提供结构所需的控制力。

主动控制根据控制算法是否依赖结构反应或地震激励可分为三类（图6.20）：

（1）开环控制。根据地震激励信息调整控制力；

（2）闭环控制。根据结构反应信息调整控制力；

（3）开闭环控制。根据地震激励和结构反应的综合信息调整控制力。

对结构实施主动控制，相当于改变了结构动力特性，增大了结构刚度与阻尼、减小了地震作用，从而达到减震目的。

如何施加最佳的控制力，可采用一般控制理论方法确定。常用的方法有：经典线性最优控制、线性瞬时最优控制、极点配置控制、界限状态控制、预测控制、自适应控制、非线性瞬时最优控制、随机最优控制和模糊控制。

结构主动控制装置

1．主动调频质量阻尼器（ATMD）

ATMD是在TMD基础上增加主动控制力而构成的减震装置，其应用集中于高层建筑与高耸结构。如1990年8月世界首例A-TMD应用于日本的成和大厦（地上11层，地下1层），顶部两台TMD分别控制水平和扭转振动（当风速为20m/s时，顶层位移减少50%～60%）。

      2．主动拉索

主动拉索控制系统由连接在结构上的预应力钢拉索构成。在拉索上安装一套液压伺服系统。地震时，传感器把记录的结构反应信息传给液压伺服系统，系统根据一定规律对拉索施加控制力，使结构反应减小。

主动拉索控制系统的优点在于：（1）施加控制力所需能量相对较小；（2）拉索本身是结构的构件，因而不必对结构进行较大的改动。