專利名稱：隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震工程領(lǐng)域，涉及一種隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法。
背景技術(shù)：
作用于工程結(jié)構(gòu)的地震荷載在時間、空間和大小上往往具有明顯的隨機性，結(jié)構(gòu)材料力學(xué)特性一般亦具有隨機性，因此，工程結(jié)構(gòu)在地震作用下的反應(yīng)性態(tài)表現(xiàn)出不同程度的隨機性。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性態(tài)確定性控制與設(shè)計方法，已不能滿足結(jié)構(gòu)工程發(fā)展的要求，結(jié)構(gòu)性態(tài)隨機控制越來越受到人們的關(guān)注。近年來出現(xiàn)了關(guān)于磁流變阻尼隨機最優(yōu)控制策略和方法的若干嘗試性探討，如，Dyke等人提出了結(jié)構(gòu)磁流變阻尼控制的限幅線性二次高斯 (LinearQuadratic Gaussian, LQG)控制策略；Ying等人基于擬Hamilton系統(tǒng)和隨機平均法，提出了電/磁流變阻尼系統(tǒng)的隨機半主動控制策略。仔細(xì)分析可知，上述工作均是經(jīng)典隨機最優(yōu)控制理論框架下的展開，即隨機激勵或量測噪聲假定為白噪聲或過濾白噪聲。事實上，(過濾)白噪聲過程假定與地震動過程相去甚遠(yuǎn)，而基于相空間的經(jīng)典隨機最優(yōu)控制理論恰是依賴于這一假定的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法，根據(jù)物理隨機最優(yōu)控制的基本框架，結(jié)合限界Hrovat半主動控制算法，以跟蹤實現(xiàn)目標(biāo)主動最優(yōu)控制力為準(zhǔn)則，適用于一般隨機地震激勵結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)磁流變液阻尼器最優(yōu)參數(shù)的設(shè)計方法。為達(dá)到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是一種隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法，其包括以下步驟1)根據(jù)隨機地震激勵結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，采用具有兩步優(yōu)化特征的物理隨機最優(yōu)控制策略進(jìn)行主動最優(yōu)控制設(shè)計；2)采用系統(tǒng)二階統(tǒng)計量評價準(zhǔn)則進(jìn)行主動最優(yōu)控制增益設(shè)計，得到最優(yōu)的控制律參數(shù)，由此確定用于磁流變阻尼最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)主動最優(yōu)控制力；3)以跟蹤實現(xiàn)目標(biāo)主動最優(yōu)控制力為控制準(zhǔn)則，采用限界Hrovat半主動隨機控制策略進(jìn)行磁流變阻尼控制設(shè)計。所述兩步優(yōu)化一是對于隨機參數(shù)θ的每一個實現(xiàn)樣本Θ，通過性能泛函的最小化，建立控制律參數(shù)集合與控制增益集合之間的映射關(guān)系；二是根據(jù)目標(biāo)性態(tài)，優(yōu)化控制增益，確定最優(yōu)的控制律參數(shù)。所述性能泛函為隨機過程
權(quán)利要求
1.一種隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法，其特征在于其包括以下步驟1)根據(jù)隨機地震激勵結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，采用具有兩步優(yōu)化特征的物理隨機最優(yōu)控制策略進(jìn)行主動最優(yōu)控制設(shè)計；2)采用系統(tǒng)二階統(tǒng)計量評價準(zhǔn)則進(jìn)行主動最優(yōu)控制增益設(shè)計，得到最優(yōu)的控制律參數(shù)，由此確定用于磁流變阻尼最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)主動最優(yōu)控制力；3)以跟蹤實現(xiàn)目標(biāo)主動最優(yōu)控制力為控制準(zhǔn)則，采用限界Hrovat半主動隨機控制策略進(jìn)行磁流變阻尼控制設(shè)計。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述兩步優(yōu)化一是對于隨機參數(shù)Θ的每一個實現(xiàn)樣本θ，通過性能泛函的最小化，建立控制律參數(shù)集合與控制增益集合之間的映射關(guān)系；二是根據(jù)目標(biāo)性態(tài)，優(yōu)化控制增益，確定最優(yōu)的控制律參數(shù)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述性能泛函為隨機過程 /(Ζ,υ,θ, ) = izr(i )Ρ( )Ζ( ) + i 廣'[Zr(i)QZ(i) + Ur(i)RU⑷購2JJJ2Jto其中，u(t)為依賴于狀態(tài)量；Z(t)的控制力向量；Q為半正定的狀態(tài)權(quán)矩陣；R為正定的控制力權(quán)矩陣；P(t)為Riccati矩陣。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述性能泛函最小化極值，根據(jù) Pontryagin極大值原理構(gòu)造Euler-Lagrange隨機微分方程組，或者根據(jù)最優(yōu)性原理推導(dǎo) Hami 1 ton-Jacob i-Be 1 Iman 方禾呈角牟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述系統(tǒng)二階統(tǒng)計量評價準(zhǔn)則為 即在給定約束條件下，= argmin{E[I] V σ[Ι] F[C] < CcJ q,R式中，^^！^—+㈦㈣為評價量的等價極值向量；^^！^+，㈣㈦紳為約束量的等價極值向量為閾值；上標(biāo)符號“ ”表示等價極值向量或等價極值過程；F[ ·]為分位值函數(shù)，表征置信水平。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述限界Hrovat半主動隨機控制策略為 根據(jù)限界Hrovat控制算法，建立磁流變阻尼裝置控制力的分量表達(dá)式，根據(jù)攜帶概率信息的樣本關(guān)于位移、加速度、黏滯阻尼系數(shù)、庫倫力與主動控制力的關(guān)系，結(jié)合最小二乘擬合曲線，獲得磁流變液阻尼器的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種隨機地震激勵系統(tǒng)磁流變阻尼最優(yōu)控制的方法，其根據(jù)隨機地震激勵結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)，采用具有兩步優(yōu)化特征的物理隨機最優(yōu)控制策略進(jìn)行主動最優(yōu)控制設(shè)計；采用系統(tǒng)二階統(tǒng)計量評價準(zhǔn)則進(jìn)行主動最優(yōu)控制增益設(shè)計，得到最優(yōu)的控制律參數(shù)，由此確定用于磁流變阻尼最優(yōu)控制系統(tǒng)設(shè)計的目標(biāo)主動最優(yōu)控制力；以跟蹤實現(xiàn)目標(biāo)主動最優(yōu)控制力為控制準(zhǔn)則，采用限界Hrovat半主動隨機控制策略進(jìn)行磁流變阻尼控制設(shè)計。本發(fā)明基于概率密度演化理論框架，突破了以Ito隨機微分方程描述動力系統(tǒng)的經(jīng)典隨機最優(yōu)控制的藩籬，為半主動隨機最優(yōu)控制開辟了新的道路。
文檔編號G05B13/04GK102176120SQ20111004493
公開日2011年9月7日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者彭勇波, 李 杰 申請人:同濟大學(xué)