第 13 期赵大海等 : 基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究 79 [8] 震响应 ;Reigles 等采用多个模糊控制器对结构进行 [9] 减震控制研究 ;Osman 等采用不同的模糊控制策略, 对结构的减震性能进行了分析压电摩擦阻尼器是一种新型的半主动摩擦装置, 它利用内嵌于阻尼器中的

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需汪
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1 振动与冲击第 35 卷第 13 期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK Vol.35No 基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究赵大海 1, 李永兴 1, 李宏男 2 3, 钱辉 (1. 燕山大学建筑工程与力学学院, 秦皇岛 ;2. 大连理工大学土木工程学院, 大连 ; 3. 郑州大学土木工程学院, 郑州 ) 摘要 : 提出了一种基于压电摩擦阻尼器的新型模糊控制器, 对其在半主动隔震结构中的减震效果进行研究该控制器引入多级式模糊控制策略, 其中次级模糊控制器以隔震层的速度和位移为输入, 以阻尼器的电压为输出 ; 高级模糊控制器以地震动加速度为输入, 实时调整次级模糊控制的量化因子及比例因子为检验多级模糊控制方法的有效性, 对一隔震结构进行数值模拟, 并与被动控制和普通模糊控制的减震效果进行对比数值结果表明 : 该方法能有效地降低隔震结构的基底位移和上部结构的加速度响应, 并且对不同强度的地震动具有良好的适应性关键词 : 模糊控制 ; 隔震结构 ; 半主动控制 ; 减震中图分类号 :TU352.1 文献标志码 :A DOI: /j.cnki.jvs Seismicreductionofsemi activebase isolatedstructuresbasedonmulti levelfuzzycontrol ZHAODa hai 1,LIYong xing 1,LIHong nan 2,QIANHui 3 (1.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,YanshanUniversity,Qinhuangdao066004,China; 2.SchoolofCivilEngineering,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China; 3.SchoolofCivilEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China) Abstract: Anewtypeoffuzycontrolcontrolerdesignedforseismicprotectionofabase isolatedbuildingwitha piezoelectricfrictiondamperwaspresentedhere.thecontroleradoptedamulti levelfuzycontrolalgorithm.thesub levelfuzycontrolerwasdesignedtodeterminethecommandvoltageofthepiezoelectricfrictiondamperwithinputsof velocityanddisplacementofbasefloor.withtheinputofseismicacceleration,thehigh levelfuzycontroleradjusted quantizationfactorandscalingfactorofthesub levelfuzycontrolerinreal time.theefectivenesoftheproposedmulti levelfuzycontrolerwasverifiedthroughnumericalsimulationofabase isolatedstructure.thesimulationresultswere comparedwiththosewiththetraditionalfuzycontrolerandthepasivecontroler.numericalresultsshow thatthe proposedmulti levelfuzycontrolercansuccesfulymitigatethedisplacementofthebasefloorandthesuperstructure accelerationresponseofthestructure,andhasagoodadaptabilitytogroundmotionswithdiferentintensities. Keywords:fuzycontrol;base isolatedstructure;semi activecontrol;seismicreduction 近年来, 基础隔震已经成为对重要土木工程结构进行减震防护的重要措施为了降低隔震结构的基底位移, 工程中多采用在结构隔震层增加阻尼器的方法 [1] 虽然阻尼器能够在强震中有效地降低隔震结构的基底位移, 但是较大的被动阻尼力也会使上部结构的加速度及层间位移出现明显放大的现象 [2-3] 半主动控制作为一种控制方法, 能够通过当前的结构响应基金项目 : 国家自然科学基金 ( ; ); 河北省自然科学基金 (E ); 河北省高等学校科学技术研究项目 (YQ ) 收稿日期 : 修改稿收到日期 : 第一作者赵大海男, 博士, 副教授,1980 年生通信作者李永兴男, 硕士生,1991 年生实时调整输出阻尼力的大小, 因而较传统的被动控制更具优越性而且, 相对于主动控制而言, 半主动控制不需要输入过大的能量, 就可以达到较理想的控制效果 [4] 在半主动控制策略中, 模糊控制由于具有处理非线性复杂及不稳定系统的优势, 已被国内外学者用于对结构进行控制 [5] 但是, 单一的模糊控制在应用过程中, 具有一定的局限性, 通常不能满足不同类型和强度的地震动作用下结构的抗震要求为此, 国内外众多学者对模糊控制进行了改进, 并将其应用到土木工 [6] 程的减震控制中 Wang 等利用遗传算法对模糊控 [7] 制器的参数进行优化 ; 马勇泉等提出新型磁流变阻尼器, 采用模糊神经网络控制减小铁路连续梁桥的地

2 第 13 期赵大海等 : 基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究 79 [8] 震响应 ;Reigles 等采用多个模糊控制器对结构进行 [9] 减震控制研究 ;Osman 等采用不同的模糊控制策略, 对结构的减震性能进行了分析压电摩擦阻尼器是一种新型的半主动摩擦装置, 它利用内嵌于阻尼器中的压电陶瓷驱动器实时调整阻尼力, 以获得需要的减震效果近年来, 国内外学者开发了多种形式的压电摩擦阻尼器, 并对其进行了试验 [10] 和理论方面的研究赵大海等开发了用于半主动控制的压电摩擦阻尼器, 进行了结构减振控制试验研究 ; [11] 刘彦辉等设计了双向滑动压电摩擦控制装置, 推导 [12] 了适用于该装置的半主动控制算法 ; 戴纳新等提出了用于隔震装置的压电变摩擦阻尼器, 通过试验对阻 [13] 尼器的性能进行了研究 ; 展猛等对安装复位型压电摩擦阻尼器的模型结构进行了减振控制试验研究 Lu [14] 等对安装压电摩擦阻尼器的半主动隔震系统的减震 [15] 性能进行了研究 ;Ozbulut 等提出了两种控制压电摩擦阻尼器的控制策略, 对安装阻尼器的隔震结构进行 [16] 了数值分析 ;Varela 等设计了一种压电摩擦阻尼器, 并进行了性能测试分析本文提出一种基于压电摩擦阻尼器的多级模糊控制策略, 次级模糊控制器以隔震层的速度和位移为输入以电压为输出, 实时调整压电摩擦阻尼器的阻尼力, 而高级模糊控制器以地震动的加速度作为输入, 输出为次级模糊控制器的量化因子及比例因子通过建立的评价指标, 并与被动控制和普通模糊控制的减震效果进行比较, 检验了提出的多级模糊控制策略的有效性及在不同强度地震动作用下的适应性 1 半主动隔震结构模型 1.1 隔震结构运动方程隔震结构中, 铅芯橡胶支座 (LeadRubberBearing, LRB) 由于具有良好塑性变形和耗能能力, 已被应用于多项工程中因此, 本文考虑一 n 自由度的 LRB 隔震结构, 在隔震层加入一个压电摩擦阻尼器后, 半主动隔震结构的运动方程可以用下式表示 Mx (t)+cx (t)+kx(t)=-mix g(t)+ H(f(t)+F b (t)) (1) 式中,M C 和 K 分别为整个隔震体系的质量刚度和阻尼矩阵 ;x(t) x (t) 和 x (t) 分别为隔震体系的位移速度和加速度向量 ;H 为控制力作用位置矩阵 ;I 为 n 1 的单位矩阵 ;f(t) 为半主动摩擦阻尼器提供的控制力 ; F b (t)=m f b (t) 为 LRB 隔震支座总的恢复力,f b (t) 为单个 LRB 隔震支座的恢复力,m 为 LRB 隔震支座的数量 ;x g(t) 为地震动加速度引入状态变量 z(t)=[x(t),x (t)] T, 将式 (1) 写为状态方程, 即 z(t)=az(t)+b(f(t)+f b (t))+dx g(t) (2) 式中,A B 和 D 分别表示为 1.2 LRB 计算模型 [ ] A = 0 I M -1 K M -1 C, B =[ 0 ] M -1 H, D =[ 0 ] -I (3) 与叠层橡胶支座不同,LRB 隔震支座中加入了铅芯, 提高了耗能能力, 其力 - 变形位移曲线也呈现出一定的非线性滞回特点为了体现 LRB 支座的这一特点, 本文进行分析时, 采用 Wen 模型来模拟 LRB 支座的非线性 [17], 其恢复力可以表示为 f b (t)=αk b x b +(1-α)F y Z (4) 式中,α 为隔震支座屈服前后的刚度比,k b 和 x b 分别为隔震支座的刚度和位移,F y 为隔震支座的屈服强度,Z 为一控制滞回位移的无量纲变量, 可以通过求解以下一阶微分方程得到 : qz =Ax b -β x Z b Z n-1 -τx b Z n (5) 式中,q 为隔震支座的屈服位移,A β 和 τ 分别为控制隔震支座的滞回曲线的参数,n 为控制滞回曲线光滑程度的常数, 其值分别为 :q=2.5cm,a=1,β=γ=0.5, n=2 1.3 半主动摩擦阻尼器与普通摩擦阻尼器不同, 作用在半主动摩擦阻尼器中的正压力 N(t) 是可变的, 其大小可以用下式 [15] 表示 N(t)=N pre +C pz V(t) (6) 式中,N pre 为作用于压电变摩擦阻尼器的预紧力 ;C pz 为与压电材料有关的系数 ;V(t) 为压电驱动器的输入电压普通摩擦阻尼器在工作时存在滑动和静止两种状态 [16], 根据所处的工作状态不同, 其摩擦力 f(t) 可以分别用以下两式表示 f(t)=-μn(t)sgn(x ) x 0 (7) -μn(t) f(t) μn(t) x =0 (8) 式中,μ 为摩擦因数 ;sgn( ) 为阻尼器滑动速度的符号函数压电变摩擦阻尼器在减震控制时也存在滑动和静止两种运动状态当压电变摩擦阻尼器处于滑动状态时, 其运动速度不等于零, 此时与普通摩擦阻尼器类似, 压电变摩擦阻尼器的摩擦力 f(t) 可以通过式 (7) 进行计算 ; 当其处于静止状态时, 压电变摩擦阻尼器的运动速度等于零, 此时摩擦力 f(t) 可以通过式 (8) 进行计算压电变摩擦阻尼器处于静止状态的判断比较复

3 80 振动与冲击 2016 年第 35 卷杂, 文献 [15] 给出了压电变摩擦阻尼器处于静止时的摩擦力近似计算公式, 即 f s = f i +f r 当 f(t) f s 并且 x =0 (9) 式中,f s 是隔震结构上部的惯性力 f i 和 LRB 隔震支座的恢复力 f r 之和的绝对值 f i 和 f r 的近似值可以用以下两式表示 f i =m t x g =( m b + n m) i=1 i x g (10) f r =m(αk b x b +(1-α)F y Z) (11) 式中,m i 是隔震结构上部各层的质量,m b 是隔震层的质量 2 多级模糊控制策略控制策略的选择在很大程度上影响着隔震结构中压电摩擦阻尼器的性能由于隔震结构的非线性和输入地震动的不确定性, 传统的控制方法通常不能取得理想的减震效果模糊控制把输入和输出的关系由复杂的数学问题转化为简单的语言关系, 所以, 模糊控制成为隔震结构中比较常见而有效的控制方法通常, 模糊控制器的设计分为以下几个步骤 : 首先, 确定控制器的输入和输出变量 ; 其次, 将输入值以适当的比例转换成论域中的数值, 并建立相应的隶属度函数, 并在此基础上, 建立一系列由形象化语言形成的模糊控制规则, 进而进行逻辑判断最后, 将得到的模糊数值进行反模糊化, 作为系统的输入值本文提出的模糊控制器采取分层式结构, 由高级和次级模糊控制器两部分组成其中, 高级模糊控制器以地震动的加速度值作为输入, 实时调整次级模糊控制的量化因子和比例因子 ; 次级模糊控制根据隔震层速度和位移来调整输出阻尼力的大小多级模糊控制系统的流程如图 1 所示图 1 多级模糊控制流程图 Fig.1Flowdiagramofmulti levelfuzycontrol 2.1 次级模糊控制次级模糊控制器的作用, 是来调节压电摩擦阻尼器的电压值, 次级模糊控制以隔震层的速度和位移作为输入, 以阻尼器的电压作为输出在确定模糊控制隶属度函数的过程中, 将输入变量的模糊论域均调整为 -1~1, 并由小到大划分为七个等级 :NL NM NS ZE PS PM PL 类似地, 将输出电压的模糊论域 (0~1000V) 划分为 5 个等级 :ZE S M L VL 输入和输出隶属度函数均采用三角形函数, 次级模糊控制的输入和输出隶属度函数如图 2 所示基于上述建立的隶属度函数, 将输入和输出变量进行模糊化, 即把变量从物理论域转换到相应的模糊论域, 并建立如表 1 所示的模糊控制规则在建立模糊控制规则时, 遵循以下原则 : 如果隔震层的速度和位移正负值相反, 说明此时结构正在返回初始状态, 则减小输出电压 ; 相反地, 如果隔震层的速度和位移正负值相同, 说明此时结构正在远离初始位置, 则增大输出电压 ; 如果两者的值都相当小或接近于 0, 则控制电压也接近于 0, 此时压电摩擦阻尼器基本相当于被动摩擦阻尼器, 次级模糊控制的输入输出关系如图 3 所示图 2 次级模糊控制输入与输出隶属度函数 Fig.2Inputandoutputmembershipfunctionsforsub levelfuzycontrol 表 1 次级模糊控制规则 Tab.1Fuzzyrulebaseforsub-levelfuzzylogiccontrol 隔震层速度隔震层位移 NL NM NS ZE PS PM PL NL VL VL L L M S ZE NM VL L L M S ZE S NS L L M S ZE S M ZE L M S ZE S M L PS M S ZE S M L L PM S ZE S M L L VL PL ZE S M L L VL VL

4 第 13 期赵大海等 : 基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究 81 图 3 次级模糊控制的控制面 Fig.3Controlsurfaceofthesub levelfuzycontrol 2.2 高级模糊控制如前面所述, 量化因子用来对模糊控制的输入变量进行模糊化, 将其从物理论域转换到相应的模糊论域, 而比例因子则将输出值进行反模糊化, 将模糊推理值转化为实际物理量所以, 选择合适的量化因子及比例因子对模糊控制的减震效果十分重要过大的量化因子, 会使输入值转换为模糊论域中的较大值, 从而阻尼器输出过大的阻尼力 ; 反之, 过小的量化因子, 会使输入值转换为模糊论域中的较小值, 输出过低的电压, 压电摩擦阻尼器的性能得不到充分的发挥比例因子是将模糊推理值转化为阻尼器的电压, 比例因子对模糊控制的减震效果同样有重要影响, 过大和过小的比例因子均不能取得理想的控制效果本文在次级模糊控制的基础上建立高级模糊控制, 根据当前地震动的水平实时调整次级模糊控制的量化比例因子通常情况下, 传统模糊控制的输入论域很难进行准确的定量估计, 一般取隔震结构在特定强度地震动下的最大结构响应然而, 当地震动强度发生明显增强或减弱时, 单一固定的模糊论域已经不能满足要求, 无法达到理想的减震效果比如, 当地震动强度增大时, 结构响应明显超出设定的输入论域, 导致压电摩擦阻尼器长时间处于满载状态, 不能根据结构振动响应的变化实现有效的智能调控, 而且可能会加大上部结构的振动响应另外, 固定的比例因子会导致阻尼器的最大输出摩擦力不能根据地震动的强度实时做出改变, 无法适应地震动强度的变化由于地震动加速度在一定程度上能反映出地震强度的大小, 所以高级模糊控制将地震动加速度作为输入, 实时对次级模糊控制的量化比例因子进行智能调节, 以满足不同强度地震动下的减震要求高级模糊控制以地震动加速度作为输入, 将其论域划分为三个等级 :LOW MID HIGH 根据我国建筑抗震设计规范中关于设计基本地震加速度值的要求 : 50 年设计基准期超越概率 10% 的地震加速度设计取值,9 度地区为 0.40g 所以, 本文将高级模糊控制的输入论域设为 [0,0.4g], 以增强模糊控制的适应性输出为次级模糊控制的量化因子 Nv 和 Nd 及比例因子 Ne, 根据隔震结构在不同强度地震动下的仿真结果, 确定其论域范围, 分别为 :Nv=[1,5],Nd=[3,16],Ne=[0.65, 1] 同样, 将其由小到大分为三个等级 :S M L, 输入和输出的隶属度函数均采用三角形函数, 如图 4 所示 (a) 输入地震动 (b) 输出量化因子 Nv (c) 输出量化因子 Nd (d) 输出比例因子 Ne 图 4 高级模糊控制的输入与输出项 Fig.4Inputandoutputitemsforhigh levelfuzylogiccontrol 根据上述隶属度函数, 建立相应的模糊控制规则, 如表 2 所示在建立模糊控制规则时, 遵循以下原则 : 当输入值较大时, 说明此时地震动强度较强, 结构的振动响应也较大, 则应适当降低次级模糊控制的量化因子, 防止结构振动响应超出模糊控制的输入论域, 导致阻尼器长时间处于满载状态 ( 控制效果接近最大被动控制 ), 此时应适当提高量化因子, 以增大压电摩擦阻尼器可输出的阻尼力 ; 相反, 当输入值较小时, 说明此时地震动强度较低, 结构的振动响应也较小, 则应适当增大次级模糊控制的量化因子, 以减小压电摩擦阻尼器可输出的阻尼力表 2 高级模糊控制规则 Tab.2Rulebaseforhigh-levelfuzzycontrol 输入输出 Nv Nd Ne LOW L L S MID M M M HIGH S S L

5 82 振动与冲击 2016 年第 35 卷 3 数值计算与分析 3.1 隔震结构模型与阻尼器参数为了检验提出的模糊控制方法的有效性, 本文以五层隔震结构为例进行计算 [18], 并建立相应的评价指标对控制效果进行分析图 5 给出了半主动隔震结构的模型, 表 3 给出了相应的参数,LRB 支座的参数与 1.2 节相同, 表 4 给出了压电摩擦阻尼器的相关参数结构隔震层中加入被动摩擦阻尼器的情况, 取摩擦力分别为 10kN 12kN 和 15kN 三种情况 ; 普通模糊控制即具有固定论域的模糊控制, 是以隔震层的速度和位移为输入, 以阻尼器的电压为输出, 隔震层速度及位移的输入论域分别为 [-0.35m/s,0.35m/s] 和 [-0.12 m,0.12m], 阻尼器的电压的输出论域为 [0,1000V], 隶属度函数及模糊控制规则与上述次级模糊控制相同为了比较模糊控制策略在不同强度地震作用下的控制效果, 本文采用归一化的评价指标, 如表 5 所示其中,J 1 为控制后的最大基底位移与无控时最大基底位移之比,J 2 为控制后的结构最大加速度与无控时结构最大加速度之比图 5 半主动隔震结构模型 Fig.5Modelofsemi activebase isolatedstructure 表 5 性能评价指标 Tab.5Performanceevaluationindex 表 3 隔震结构参数 Tab.3Parametersforbased-isolatedstructure 结构层质量 /kg 刚度 /(kn m -1 ) 阻尼 /(kn s m -1 ) 峰值基底位移 J 1 = max t x b (t) max t x^b(t) 峰值加速度 J 2 = max t,f a f (t) max t,f a^f(t) 隔震层一层二层三层四层五层表 4 压电摩擦阻尼器参数 Tab.4Parametersforpiezoelectricfrictiondamper 参数取值 μ 0.4 N pre 20kN C pz 17.5/(N V -1 ) 1000V 3.2 数值分析未加入隔震支座之前, 结构的基本自振周期为 0.3 s 加入隔震支座后, 其基本周期增大到 2.5s, 远离了地震动的卓越周期, 所以隔震结构上部的振动响应明显降低同时,LRB 隔震支座在强震作用下会产生较大的变形, 假定容许值为 0.15m 为了检验提出的控制策略对半主动隔震结构的控制效果, 本文选用三条典型的地震波, 即 :ElCentro 波 Chi Chi 波和 ImperialValey 波, 其峰值加速度分别为 0.319g 0.23g 和 0.16g, 进行数值分析时将峰值加速度均调至 0.3g 本文在此比较了四种工况, 即无控被动控制普通模糊控制多级模糊控制其中, 无控指结构隔震层中没有加入阻尼器的情况 ; 被动控制指表 6 给出了无控被动控制和多级模糊控制时, 不同地震动作用下的隔震层峰值位移从表中可以看出, 被动控制时, 摩擦阻尼器的阻尼力越大, 隔震层位移的减震效果越显著 ; 多级模糊控制明显降低了隔震结构的基底位移, 三种地震波作用下的减震率分别达到了 43.9% 32.4% 及 31.8% 同时, 注意到在 Chi Chi 波和 ImperialValey 波作用下, 无控隔震结构的峰值基底位移分别达到了 0.173m 及 0.198m, 超出了隔震层的容许变形, 隔震支座会因变形过大失效破坏, 而加入阻尼器之后, 隔震层的峰值位移均控制在允许范围内, 达到了较好的效果地震波表 6 隔震层峰值位移 Tab.6Peakdisplacementofbaseisolation 无控隔震层峰值位移 /m 被动 / 10kN 被动 / 12kN 被动 / 15kN 多级模糊 ElCentro Chi Chi ImperialValey 图 6 分别给出了被动和多级模糊控制时, 不同地震动作用下隔震结构性能评价指标 J 2 的对比情况从图中可以看出, 被动控制时, 隔震结构上部的加速度会出现放大的现象, 并且摩擦力越大, 上部结构的加速度放大越明显, 相对于被动控制, 多级模糊控制策略能够明显降低上部结构的加速度响应比如,ImperialVal ley 波作用下, 被动控制时隔震结构的加速度分别增加

第期赵大海等基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究８了４７和４而多级模糊控制时上部结制时的阻尼力输出时程其中最大阻尼力分别为８构的峰值加速度增大了ｋＮ４ｋｎ和ｋｎ图７分别给出了不同地震波作用下多级模糊控ＥＣ波ｂＣｈＣｈ波ＩＶｙ波图不同地震波作用下隔震结构峰值加速度比较ＦＣｐｋｂｄｄｄｈｑｋＥＣ波ｂ

6 第期赵大海等基于多级模糊控制的半主动隔震结构减震研究８了４７和４而多级模糊控制时上部结制时的阻尼力输出时程其中最大阻尼力分别为８构的峰值加速度增大了ｋＮ４ｋｎ和ｋｎ图７分别给出了不同地震波作用下多级模糊控ＥＣ波ｂＣｈＣｈ波ＩＶｙ波图不同地震波作用下隔震结构峰值加速度比较ＦＣｐｋｂｄｄｄｈｑｋＥＣ波ｂＣｈＣｈ波ＩＶｙ波图７不同地震波作用下阻尼力输出时程Ｆ７Ｔｍｈｙｄｄｄｈｑｋ为了检验不同强度地震动下多级模糊控制的减震效果将地震波的峰值加速度分别调整为适应性图８分别给出了峰值为４的ＣｈＣｈ地震波作和４进行计算限于篇幅这里仅以ＣｈＣｈ波为用下普通模糊控制和多级模糊控制时半主动摩擦阻例进行说明将ＣｈＣｈ波的峰值加速度分别调整为尼器的电压时程从图中可以看出普通模糊控制下和４计算了普通模糊控制和多级模糊控制的评价指标值如表７所示表７不同强度地震下评价指标比较Ｔｂ７Ｃｖｄｘｄｙ峰值加速度４控制策略ＪＪ普通模糊控制４多级模糊控制７８普通模糊控制９多级模糊控制４普通模糊控制多级模糊控制７从表中可以看到地震动强度变化时采用普通模糊控制时结构的减震效果发生较大变化同时与峰的地震作用相比峰值为４的地震作用值为下普通模糊控制的Ｊ９而多级模糊控值增大了制的Ｊ由此可以看出在不同强度值仅增大了７的地震作用下多级模糊控制的减震效果基本接近说明多级模糊控制对不同强度的地震动作用具有较强的图８不同控制策略下电压时程比较Ｆ８Ｔｍｈｙｖｄ

7 84 振动与冲击 2016 年第 35 卷半主动摩擦阻尼器的电压长时间处于满载状态, 控制效果接近于被动控制的情况, 致使隔震结构的加速度有明显放大的现象, 而多级模糊控制能够根据隔震结构的反应对输出电压进行调节, 从而降低了隔震结构的加速度反应 4 结论本文提出了一种基于压电摩擦阻尼器的新型模糊控制策略, 将其应用于半主动隔震系统的减震控制中, 并与被动控制和普通模糊控制的减震效果进行了比较, 主要得到以下结论 : (1) 通过对不同地震波作用下的减震分析, 表明多级模糊控制策略不仅能有效降低隔震结构的基底位移和上部结构的响应, 而且使隔震支座的位移限制在容许变形之内 (2) 地震动强度变化时, 采用普通模糊控制时, 结构的减震效果变化较大, 而多级模糊控制对不同强度的地震动具有较强的适应性 (3) 普通模糊控制下, 半主动摩擦阻尼器的电压长时间处于满载状态, 导致隔震结构的加速度有明显放大的现象, 而多级模糊控制能够根据隔震结构的反应更好地对输出电压进行调节, 从而降低了隔震结构的加速度参考文献 [1]AlhanC,GavinH.A parametricstudyoflinearandnon linearpasivelydampedseismicisolationsystemsforbuildings [J].EngineeringStructures,2004,26(4): [2] KelyJM.Theroleofdampinginseismicisolation[J]. Earthquake Engineering and StructuralDynamics,1999, 28(1):3-20. [3] MazaF, VulcanoA. NonlinearresponseofRC framed buildingswithisolationandsupplementaldampingatthebase subjected to near fault earthquakes [J]. Journal of EarthquakeEngineering,2009,13(5): [4] 胡佳亮, 周丽, 严刚. 基于磁流变阻尼器的结构模糊半主动控制实验研究 [J]. 振动与冲击,2009,28(3): HUJia liang,zhouli,yangang.experimentalstudyon fuzy semi activestructuralcontrolusingmr dampers[j]. JournalofVibrationandShock,2009,28(3): [5]OkSY,KimDS,ParkKS,etal.Semi activefuzycontrol ofcable stayed bridge using magneto rheologicaldampers [J].EngineeringStructures,2007,29(5): [6] WangA P,LeeC D.Fuzyslidingmodecontrolfora buildingforabuildingstructurebasedongeneticalgorithms [J]. Earthquake Engineering and StructuralDynamics, 2002,31(4): [7] 马涌泉, 邱洪兴. 新型磁流变脂阻尼器对铁路连续梁桥地震响应模糊神经网络控制 [J]. 振动与冲击,2015,34(2): MA Yong quan, QIU Hong xing. Fuzy neuralnetwork controlto suppres seismic response ofcontinuous girder railwaybridgesusingnewmagnetorheologicalgreasedamper [J].JournalofVibrationandShock,2015,34(2): [8] ReiglesD G,SymansM D.Supervisoryfuzycontrolofa base isolated benchmark building utilizing a neuro fuzy modelofcontrolablefluidviscousdampers[j].structural ControlandHealthMonitoring,2006,13(2/3): [9] OzbulutOE,BitarafM,HurlebausS.Adaptivecontrolof base isolatedstructuresagainstnear fieldearthquakesusing variablefrictiondampers[j].engineeringstructures,2011, 33: [10] 赵大海, 李宏男. 模型结构的压电摩擦阻尼减振控制试验研究 [J]. 振动与冲击,2011,30(6): ZHAODa hai,lihong nan.seismicreductiontestsofa modelstructure with piezoelectric friction damper[j]. JournalofVibrationandShock,2011,30(6): [11] 刘彦辉, 杜永峰, 周福霖, 等. 基于双向压电控制器的带分布参数体系地震响应控制 [J]. 振动与冲击,2010,29 (10): LIU Yan hui, DU Yong feng, ZHOU Fu lin, et al. Seismicresponse control for a system with distributed parametersbasedonbidirectionalpztcontroldevice[j]. JournalofVibrationandShock,2010,29(10): [12] 戴纳新, 谭平, 周福霖. 新型压电变摩擦阻尼器的研发与性能试验 [J]. 地震工程与工程振动,2013,33(3): DAINa xin,tanping,zhoufu lin.piezoelectricvariable frictiondamperanditsperformanceexperimentsandanalysis [J]. JournalofEarthquakeEngineeringand Engineering Vibration,2013,33(3): [13] 展猛, 王社良, 朱军强, 等. 安装复位型压电摩擦阻尼器模型结构控振试验研究 [J]. 振动与冲击,2015,34(14): ZHAN Meng,WANG She liang,zhu Jun qiang, etal. Vibrationcontroltestsofamodelstructureinstaled with piezoelectricfrictiondamperwithresetfunction[j].journal ofvibrationandshock,2015,34(14): [14]LuLY,LinCC,LinGL,etal.Experimentandanalysisof afuzy controledpiezoelectricseismicisolationsystem[j]. JournalofSoundandVibration,2010,329(11): [15] OzbulutOE,BitarafM,HurlebausS.Adaptivecontrolof base isolatedstructuresagainstnear fieldearthquakesusing variablefrictiondampers[j].engineeringstructures,2011, 33(12): [16] VarelaJP,LleraJC.A semi activepiezoelectricfriction damper [J]. Earthquake Engineering and Structural Dynamics,2015,44(3): [17]MatsagarVA,JangidRS.Seismicresponseofbase isolated structuresduring impactwith adjacentstructures [J]. EngineeringStructures,2003,25(10): [18] NagarajaiahS,NarasimhanS.Seismiccontrolofsmartbase isolatedbuildingswithnewsemiactivevariabledamper[j]. Earthquake Engineering and StructuralDynamics,2007, 36(6):

46 振动与冲击 2015 年第 34 卷统半主动控制算法, 模糊控制无需建立结构精确数学模型便可对非线性高阶次及时变性复杂对象进行有效控制, 且已广泛用于结构振动控制 [5-7] 而实际工程中阻尼器数量越多, 则需传感器越多, 因而会增加控制系统的复杂性及工程投入因此, 建立适用于实际工程的

46 振动与冲击 2015 年第 34 卷统半主动控制算法, 模糊控制无需建立结构精确数学模型便可对非线性高阶次及时变性复杂对象进行有效控制, 且已广泛用于结构振动控制 [5-7] 而实际工程中阻尼器数量越多, 则需传感器越多, 因而会增加控制系统的复杂性及工程投入因此, 建立适用于实际工程的振动与冲击第 34 卷第 14 期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK Vol.34No.142015 安装复位型压电摩擦阻尼器模型结构控振试验研究展猛 1, 王社良 1, 朱军强 1 2, 朱熹育 (1. 西安建筑科技大学土木工程学院, 西安 710055;2. 西安石油大学机械工程学院, 西安 710065) 摘要 : 设计具有复位功能的压电摩擦阻尼器, 据输电塔模型结构受力及变形特点提出两种阻尼器安装方式,