地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)多重疊分散滑?？刂?/h1>
2017-01-07 08:14:42康小方王建國
合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版) 2016年12期
康小方, 王建國, 汪 權(quán)
(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)
地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)多重疊分散滑模控制
康小方, 王建國, 汪 權(quán)
(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)
文章將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)多重疊分散滑?？刂品椒??；诎?將地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)分解成一系列子系統(tǒng),針對每個子系統(tǒng)設(shè)計分散滑?？刂破?通過收縮分散滑?？刂破鞯皆瓲顟B(tài)空間,獲得多重疊分散滑模控制器。采用直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案,對某20層Benchmark結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值模擬與計算。數(shù)值仿真結(jié)果表明,重疊分散控制、2次重疊分散控制和多重疊分散控制都獲得了與集中控制相近的控制效果,減少了計算成本,增加了控制器設(shè)計的靈活性。
重疊控制;分散控制;包含原理;結(jié)構(gòu)振動控制;滑?？刂?/p>
0 引 言
對于高層建筑和大跨度橋梁等大尺度結(jié)構(gòu),集中控制方法存在計算量大、穩(wěn)定性和可靠性差等缺陷,分散控制策略則可以解決復(fù)雜大型系統(tǒng)的控制問題。文獻(xiàn)[1]采用集中控制和分散控制策略對地震激勵下建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[2]對高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)提出了分散遺傳-模糊控制方法;文獻(xiàn)[3]采用線性矩陣不等式(linear matrix inequality,LMI)提出了高層建筑結(jié)構(gòu)分散化H∞控制方法;文獻(xiàn)[4]將分散控制和滑模控制算法相結(jié)合,提出分散滑?？刂扑惴?并將該算法應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)振動控制中。對于具有重疊分解系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),采用包含原理可設(shè)計重疊控制器,在設(shè)計過程中保持分散控制器的正定性。文獻(xiàn)[5-7]采用重疊分散線性二次調(diào)節(jié)器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略,提出了地震作用下建筑結(jié)構(gòu)振動控制方法;文獻(xiàn)[8]提出了地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)分散滑?？刂品椒?。
本文將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)多重疊分散滑?？刂品椒?針對某20層Benchmark建筑結(jié)構(gòu)模型在地震激勵下的振動響應(yīng)問題,采用直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案,設(shè)計了多重疊分散滑?？刂破?給出了數(shù)值模擬結(jié)果。
1 建筑結(jié)構(gòu)模型
N層層間剪切型受控建筑結(jié)構(gòu)運動方程采用狀態(tài)空間方法可表述為：
(1)
其中,xI(t)、u(t)、w(t)分別為系統(tǒng)SI的狀態(tài)、輸入和地震激勵荷載;AI、BI、EI為系統(tǒng)SI的狀態(tài)矩陣。
M=diag[m1m2…mN],
其中,Tu為控制器位置矩陣;M、C、K分別為質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣。阻尼矩陣可以由阻尼比來確定,使用Rayleigh阻尼法,取一個共同的阻尼比5%,可計算出阻尼矩陣C。
定義一個新的狀態(tài)向量:
其中
(2)
則N層層間剪切型受控建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間方程為:
(3)
其中
(4)
圖1 N層建筑結(jié)構(gòu)驅(qū)動方案
2 重疊分散滑?？刂品椒?/h2>
2.1 系統(tǒng)的擴(kuò)展與收縮
基于包含原理,考慮如下線性連續(xù)時不變系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型:
(5)
(6)
考慮下面的線性變換:
(7)
其中,rank(V)=n,rank(R)=m,rank(T)=l,滿足UV=In,QR=Im,ST=Il;In、Im、Tl分別為相應(yīng)維數(shù)的單位矩陣。
對線性系統(tǒng)S進(jìn)行重疊控制器設(shè)計,選擇擴(kuò)展矩陣和設(shè)置相應(yīng)的偽逆收縮矩陣,并移去連接塊,整個建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)可擴(kuò)展為以下子系統(tǒng)[5]:
(8)
其中，i=1,2,…,L。
定義一個擴(kuò)展解耦子系統(tǒng):
(9)
其中
(10)
2.2 滑模控制算法
(11)
其中,Θ為r×2n維待定常數(shù)矩陣,確定該矩陣時,應(yīng)保證切換函數(shù)s(t) 所定義的切換面上存在包含原點的滑移模態(tài)區(qū)且滑模運動漸進(jìn)穩(wěn)定。文獻(xiàn)[9-10]對確定切換函數(shù)的方法進(jìn)行了詳細(xì)討論,最一般的方法是先進(jìn)行坐標(biāo)變換將控制系統(tǒng)的運動方程轉(zhuǎn)化為簡約型,然后利用LQR方法確定Θ。
滑移模態(tài)控制是通過確定控制力向量u(t),使系統(tǒng)狀態(tài)從滑移模態(tài)區(qū)外在有限時間內(nèi)到達(dá)滑移模態(tài)區(qū)，并盡量使之保持在滑移模態(tài)區(qū)上。本文采用Lyapunov直接法設(shè)計滑移模態(tài)控制器,該控制器確定的控制力使系統(tǒng)的反應(yīng)趨向(11)式所確定的滑移面。
設(shè)Lyapunov函數(shù)為:
(12)
(13)
將(11)式代入(13)式可得:
(14)
其中
(15)
(16)
3 數(shù)值模擬
為便于計算分析,結(jié)構(gòu)采用剪切型模型。本文選取20層鋼結(jié)構(gòu)Benchmark模型的樓層質(zhì)量和剛度參數(shù)如下[3]:
m1=1.126×106kg,m20=1.170×106kg,
m2～m19為1.100×106kg;
k1～k5為8.620 7×105kN/m,
k6～k11為5.541 7×105kN/m,
k12～k14為4.535 1×105kN/m,
k15～k17為2.912 3×105kN/m,
k18～k19為2.564 6×105kN/m,
k20=1.717 0×105kN/m。
地震激勵選用ElCentro(N-S,1940)波,將地震動加速度峰值(peakgroundacceleration,PGA)調(diào)整為4.0m/s2,采樣步長為0.02s。根據(jù)本文建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)空間模型可設(shè)計4類控制策略,即集中控制、重疊控制、2次重疊控制、多重疊控制,如圖2所示。
對4類控制策略,分別采用滑?？刂扑惴?對圖1所示的直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案進(jìn)行計算。
圖2 控制器設(shè)計
(3) 2次重疊控制。將控制系統(tǒng)經(jīng)過2次解耦擴(kuò)展為4組子系統(tǒng),其重疊部分為第6層、第11層及第16層。
其中
建筑結(jié)構(gòu)最大層間位移如圖3所示。結(jié)構(gòu)底層位移響應(yīng)時程曲線如圖4所示。建筑結(jié)構(gòu)的最大加速度和控制器最大控制力分別如圖5、圖6所示。
由圖3可知,在直接驅(qū)動和層間驅(qū)動方案下,集中控制策略的控制效果最好,重疊控制、2次重疊控制和多重疊控制均獲得了較好的控制效果;從總體控制效果看,層間驅(qū)動方案比直接驅(qū)動方案更優(yōu)。
由圖5可知,2種驅(qū)動方案的各控制器均獲得較好的控制效果,層間驅(qū)動方案的控制效果比直接驅(qū)動方案的控制效果更好。
由圖6可知,在直接驅(qū)動方案下,多重疊控制器的控制力總體上大于2次重疊控制和重疊控制器的控制力,且總體上都大于集中控制器的控制力;在層間驅(qū)動方案下也具有類似的規(guī)律。
圖3 最大層間位移
圖4 結(jié)構(gòu)底層位移響應(yīng)時程曲線
圖5 最大加速度
從圖3～圖5的計算結(jié)果可以得出,對于地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng),本文提出的多重疊分散滑?？刂品椒ň哂休^好的控制效果。
文獻(xiàn)[4]中的分散滑?？刂品椒ㄊ菍⒄麄€建筑結(jié)構(gòu)簡單劃分為多個子系統(tǒng)分別進(jìn)行控制,無法考慮相鄰樓層控制信息之間的共享。本文提出的多重疊分散滑?？刂品椒▌t實現(xiàn)了子系統(tǒng)相鄰樓層的控制信息共享,使得該控制方法能更好地解決實際工程中的應(yīng)用問題。
圖6 最大控制力
4 結(jié) 論
本文將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)多重疊分散滑?？刂品椒?。數(shù)值計算結(jié)果表明,與集中滑?？刂葡啾?重疊分散和多重疊分散滑?？刂偏@得了較好的控制效果。
集中控制的原理是由中央處理器向各控制裝置發(fā)出指令,此策略對自由度較少的結(jié)構(gòu)振動控制是可行的。傳統(tǒng)的集中控制方法難于解決復(fù)雜的高層多自由度建筑結(jié)構(gòu)振動控制問題。重疊分散控制策略為解決高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制問題提供了一種新的途徑。重疊分散控制減少了計算成本和控制器設(shè)計的復(fù)雜性，基于多重疊分解和包含原理,采用重疊分散控制方案能有效解決大尺度土木結(jié)構(gòu)在地震作用下的結(jié)構(gòu)振動控制問題,多重疊分散控制器的設(shè)計是一個有發(fā)展前景的研究方向,值得進(jìn)一步研究。
[1] LOH C H,CHANG C M.Application of centralized and decentralized control to building structure:analytical study[J].Journal of Engineering Mechanics,2008,134(11):970-982.
[2] 汪權(quán),王建國,陳濤,等.高層建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)的分散遺傳-模糊控制研究[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,35(9):1230-1234.
[3] WANG Y,LYNCH J P,LAW K H.DecentralizedH∞controller design for large-scale civil structures[J].Earthquake Engineering and Structural Dynamics,2009,38(3):377-401.
[4] 汪權(quán),王建國,張鳴祥,等.分散滑移模態(tài)控制法在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震中的應(yīng)用[J].地震工程與工程振動,2012,32(3):138-143.
[6] PALACIOS-QUINONERO F,RODELLAR J,ROSSELL J M.Sequential design of multi-overlapping controllers for longitudinal multi-overlapping systems[J].Applied Mathematics and Computation,2010,217(3):1170-1183.
[8] MONJEMI-NEZHAD S,ROFOOEI F R.Decentralized sliding mode control of multistory buildings[J].The Structural Design of Tall and Special Buildings,2007,16(2):181-204.
[9] YANG J N,WU J C,AGRAWAL A K.Sliding mode control for nonlinear and hysteretic structures[J].Journal of Engineering Mechanics,1995,121(12)：1330-1339.
[10] 歐進(jìn)萍.結(jié)構(gòu)振動控制:主動、半主動和智能控制[M].北京:科學(xué)出版社,2003:71-75.
(責(zé)任編輯 張淑艷)
Multi-overlapping decentralized sliding mode control approach of tall buildings under seismic excitation
KANG Xiaofang, WANG Jianguo, WANG Quan
(School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
In this paper, combining overlapping decentralized control(ODC) and sliding mode control(SMC), the multi-overlapping decentralized sliding mode control approach of tall buildings under seismic excitation is established. Based on the inclusion principle, the vibration control system of tall buildings can be decomposed into a set of subsystems under the seismic excitation. The decentralized sliding mode controllers are designed for each of subsystems. The multi-overlapping decentralized sliding mode controllers are obtained by contracting decentralized sliding mode controllers to original state space. The numerical simulation and calculation of Benchmark structural model of twenty-story building are conducted by using direct actuation and inter-story actuation scheme respectively. The numerical simulation results show that overlapping decentralized control, twice overlapping decentralized control and multi-overlapping decentralized control all can achieve similar control effects as centralized control achieves. The computational cost can be reduced and the controller design will become more flexible.
overlapping control; decentralized control; inclusion principle; structural vibration control; sliding mode control(SMC)
2015-10-12；
2015-12-22
國家自然科學(xué)基金資助項目(11172087;51408178)
康小方(1985-),男,江西樂安人,合肥工業(yè)大學(xué)博士生; 王建國(1954-),男,安徽懷寧人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.
10.3969/j.issn.1003-5060.2016.12.015
TU973.23;TP13
A
1003-5060(2016)12-1665-06
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(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)
地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)多重疊分散滑模控制
康小方, 王建國, 汪 權(quán)
(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院,安徽 合肥 230009)
文章將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)多重疊分散滑?？刂品椒??；诎?將地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)分解成一系列子系統(tǒng),針對每個子系統(tǒng)設(shè)計分散滑?？刂破?通過收縮分散滑?？刂破鞯皆瓲顟B(tài)空間,獲得多重疊分散滑模控制器。采用直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案,對某20層Benchmark結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行數(shù)值模擬與計算。數(shù)值仿真結(jié)果表明,重疊分散控制、2次重疊分散控制和多重疊分散控制都獲得了與集中控制相近的控制效果,減少了計算成本,增加了控制器設(shè)計的靈活性。
重疊控制;分散控制;包含原理;結(jié)構(gòu)振動控制;滑?？刂?/p>
0 引 言
對于高層建筑和大跨度橋梁等大尺度結(jié)構(gòu),集中控制方法存在計算量大、穩(wěn)定性和可靠性差等缺陷,分散控制策略則可以解決復(fù)雜大型系統(tǒng)的控制問題。文獻(xiàn)[1]采用集中控制和分散控制策略對地震激勵下建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)進(jìn)行了研究;文獻(xiàn)[2]對高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)提出了分散遺傳-模糊控制方法;文獻(xiàn)[3]采用線性矩陣不等式(linear matrix inequality,LMI)提出了高層建筑結(jié)構(gòu)分散化H∞控制方法;文獻(xiàn)[4]將分散控制和滑模控制算法相結(jié)合,提出分散滑?？刂扑惴?并將該算法應(yīng)用于高層結(jié)構(gòu)振動控制中。對于具有重疊分解系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),采用包含原理可設(shè)計重疊控制器,在設(shè)計過程中保持分散控制器的正定性。文獻(xiàn)[5-7]采用重疊分散線性二次調(diào)節(jié)器(linear quadratic regulator,LQR)控制策略,提出了地震作用下建筑結(jié)構(gòu)振動控制方法;文獻(xiàn)[8]提出了地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)分散滑?？刂品椒?。
本文將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)多重疊分散滑?？刂品椒?針對某20層Benchmark建筑結(jié)構(gòu)模型在地震激勵下的振動響應(yīng)問題,采用直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案,設(shè)計了多重疊分散滑?？刂破?給出了數(shù)值模擬結(jié)果。
1 建筑結(jié)構(gòu)模型
N層層間剪切型受控建筑結(jié)構(gòu)運動方程采用狀態(tài)空間方法可表述為：
(1)
其中,xI(t)、u(t)、w(t)分別為系統(tǒng)SI的狀態(tài)、輸入和地震激勵荷載;AI、BI、EI為系統(tǒng)SI的狀態(tài)矩陣。
M=diag[m1m2…mN],
其中,Tu為控制器位置矩陣;M、C、K分別為質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣。阻尼矩陣可以由阻尼比來確定,使用Rayleigh阻尼法,取一個共同的阻尼比5%,可計算出阻尼矩陣C。
定義一個新的狀態(tài)向量:
其中
(2)
則N層層間剪切型受控建筑結(jié)構(gòu)的狀態(tài)空間方程為:
(3)
其中
(4)
圖1 N層建筑結(jié)構(gòu)驅(qū)動方案
2 重疊分散滑?？刂品椒?/h2>
2.1 系統(tǒng)的擴(kuò)展與收縮
基于包含原理,考慮如下線性連續(xù)時不變系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型:
(5)
(6)
考慮下面的線性變換:
(7)
其中,rank(V)=n,rank(R)=m,rank(T)=l,滿足UV=In,QR=Im,ST=Il;In、Im、Tl分別為相應(yīng)維數(shù)的單位矩陣。
對線性系統(tǒng)S進(jìn)行重疊控制器設(shè)計,選擇擴(kuò)展矩陣和設(shè)置相應(yīng)的偽逆收縮矩陣,并移去連接塊,整個建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)可擴(kuò)展為以下子系統(tǒng)[5]:
(8)
其中，i=1,2,…,L。
定義一個擴(kuò)展解耦子系統(tǒng):
(9)
其中
(10)
2.2 滑模控制算法
(11)
其中,Θ為r×2n維待定常數(shù)矩陣,確定該矩陣時,應(yīng)保證切換函數(shù)s(t) 所定義的切換面上存在包含原點的滑移模態(tài)區(qū)且滑模運動漸進(jìn)穩(wěn)定。文獻(xiàn)[9-10]對確定切換函數(shù)的方法進(jìn)行了詳細(xì)討論,最一般的方法是先進(jìn)行坐標(biāo)變換將控制系統(tǒng)的運動方程轉(zhuǎn)化為簡約型,然后利用LQR方法確定Θ。
滑移模態(tài)控制是通過確定控制力向量u(t),使系統(tǒng)狀態(tài)從滑移模態(tài)區(qū)外在有限時間內(nèi)到達(dá)滑移模態(tài)區(qū)，并盡量使之保持在滑移模態(tài)區(qū)上。本文采用Lyapunov直接法設(shè)計滑移模態(tài)控制器,該控制器確定的控制力使系統(tǒng)的反應(yīng)趨向(11)式所確定的滑移面。
設(shè)Lyapunov函數(shù)為:
(12)
(13)
將(11)式代入(13)式可得:
(14)
其中
(15)
(16)
3 數(shù)值模擬
為便于計算分析,結(jié)構(gòu)采用剪切型模型。本文選取20層鋼結(jié)構(gòu)Benchmark模型的樓層質(zhì)量和剛度參數(shù)如下[3]:
m1=1.126×106kg,m20=1.170×106kg,
m2～m19為1.100×106kg;
k1～k5為8.620 7×105kN/m,
k6～k11為5.541 7×105kN/m,
k12～k14為4.535 1×105kN/m,
k15～k17為2.912 3×105kN/m,
k18～k19為2.564 6×105kN/m,
k20=1.717 0×105kN/m。
地震激勵選用ElCentro(N-S,1940)波,將地震動加速度峰值(peakgroundacceleration,PGA)調(diào)整為4.0m/s2,采樣步長為0.02s。根據(jù)本文建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài)空間模型可設(shè)計4類控制策略,即集中控制、重疊控制、2次重疊控制、多重疊控制,如圖2所示。
對4類控制策略,分別采用滑?？刂扑惴?對圖1所示的直接驅(qū)動方案和層間驅(qū)動方案進(jìn)行計算。
圖2 控制器設(shè)計
(3) 2次重疊控制。將控制系統(tǒng)經(jīng)過2次解耦擴(kuò)展為4組子系統(tǒng),其重疊部分為第6層、第11層及第16層。
其中
建筑結(jié)構(gòu)最大層間位移如圖3所示。結(jié)構(gòu)底層位移響應(yīng)時程曲線如圖4所示。建筑結(jié)構(gòu)的最大加速度和控制器最大控制力分別如圖5、圖6所示。
由圖3可知,在直接驅(qū)動和層間驅(qū)動方案下,集中控制策略的控制效果最好,重疊控制、2次重疊控制和多重疊控制均獲得了較好的控制效果;從總體控制效果看,層間驅(qū)動方案比直接驅(qū)動方案更優(yōu)。
由圖5可知,2種驅(qū)動方案的各控制器均獲得較好的控制效果,層間驅(qū)動方案的控制效果比直接驅(qū)動方案的控制效果更好。
由圖6可知,在直接驅(qū)動方案下,多重疊控制器的控制力總體上大于2次重疊控制和重疊控制器的控制力,且總體上都大于集中控制器的控制力;在層間驅(qū)動方案下也具有類似的規(guī)律。
圖3 最大層間位移
圖4 結(jié)構(gòu)底層位移響應(yīng)時程曲線
圖5 最大加速度
從圖3～圖5的計算結(jié)果可以得出,對于地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng),本文提出的多重疊分散滑?？刂品椒ň哂休^好的控制效果。
文獻(xiàn)[4]中的分散滑?？刂品椒ㄊ菍⒄麄€建筑結(jié)構(gòu)簡單劃分為多個子系統(tǒng)分別進(jìn)行控制,無法考慮相鄰樓層控制信息之間的共享。本文提出的多重疊分散滑?？刂品椒▌t實現(xiàn)了子系統(tǒng)相鄰樓層的控制信息共享,使得該控制方法能更好地解決實際工程中的應(yīng)用問題。
圖6 最大控制力
4 結(jié) 論
本文將重疊分散控制方法和滑?？刂扑惴ㄏ嘟Y(jié)合,提出了地震作用下的高層建筑結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)多重疊分散滑?？刂品椒?。數(shù)值計算結(jié)果表明,與集中滑?？刂葡啾?重疊分散和多重疊分散滑?？刂偏@得了較好的控制效果。
集中控制的原理是由中央處理器向各控制裝置發(fā)出指令,此策略對自由度較少的結(jié)構(gòu)振動控制是可行的。傳統(tǒng)的集中控制方法難于解決復(fù)雜的高層多自由度建筑結(jié)構(gòu)振動控制問題。重疊分散控制策略為解決高層建筑結(jié)構(gòu)振動控制問題提供了一種新的途徑。重疊分散控制減少了計算成本和控制器設(shè)計的復(fù)雜性，基于多重疊分解和包含原理,采用重疊分散控制方案能有效解決大尺度土木結(jié)構(gòu)在地震作用下的結(jié)構(gòu)振動控制問題,多重疊分散控制器的設(shè)計是一個有發(fā)展前景的研究方向,值得進(jìn)一步研究。
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(責(zé)任編輯 張淑艷)
Multi-overlapping decentralized sliding mode control approach of tall buildings under seismic excitation
KANG Xiaofang, WANG Jianguo, WANG Quan
(School of Civil and Hydraulic Engineering, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)
In this paper, combining overlapping decentralized control(ODC) and sliding mode control(SMC), the multi-overlapping decentralized sliding mode control approach of tall buildings under seismic excitation is established. Based on the inclusion principle, the vibration control system of tall buildings can be decomposed into a set of subsystems under the seismic excitation. The decentralized sliding mode controllers are designed for each of subsystems. The multi-overlapping decentralized sliding mode controllers are obtained by contracting decentralized sliding mode controllers to original state space. The numerical simulation and calculation of Benchmark structural model of twenty-story building are conducted by using direct actuation and inter-story actuation scheme respectively. The numerical simulation results show that overlapping decentralized control, twice overlapping decentralized control and multi-overlapping decentralized control all can achieve similar control effects as centralized control achieves. The computational cost can be reduced and the controller design will become more flexible.
overlapping control; decentralized control; inclusion principle; structural vibration control; sliding mode control(SMC)
2015-10-12；
2015-12-22
國家自然科學(xué)基金資助項目(11172087;51408178)
康小方(1985-),男,江西樂安人,合肥工業(yè)大學(xué)博士生; 王建國(1954-),男,安徽懷寧人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.
10.3969/j.issn.1003-5060.2016.12.015
TU973.23;TP13
A
1003-5060(2016)12-1665-06
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