水工弧形閘門(mén)流激振動(dòng)的MR智能半主動(dòng)控制仿真研究.pdf

1、水工弧形鋼閘門(mén)由于結(jié)構(gòu)輕巧，操作方便，得到了廣泛的應(yīng)用。但同時(shí)也因?yàn)閯偠?、阻尼小，容易振?dòng)?；⌒武撻l門(mén)在側(cè)止水漏水或失效和下游淹沒(méi)出流的小開(kāi)度組合情況下，將發(fā)生強(qiáng)烈的自激振動(dòng)。對(duì)這種自激振動(dòng)采用水力學(xué)條件優(yōu)化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化并不能較好地抑制閘門(mén)的強(qiáng)烈振動(dòng)，而且這種優(yōu)化只能在閘門(mén)建造前應(yīng)用。智能材料的發(fā)展和振動(dòng)控制技術(shù)的運(yùn)用，為解決閘門(mén)的強(qiáng)烈自激振動(dòng)問(wèn)題提供了可能和新的途徑，特別是對(duì)已建閘門(mén)，意義更大。本文主要致力于尋求一種能進(jìn)一步解決閘門(mén)自激

2、振動(dòng)問(wèn)題的有效控制裝置和控制策略。本文以某水利樞紐的導(dǎo)流底孔弧形鋼閘門(mén)為研究背景，根據(jù)簡(jiǎn)化三維模型和模擬的時(shí)程荷載，對(duì)MR智能阻尼器用于弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)的流激振動(dòng)反應(yīng)減振控制進(jìn)行了多種智能半主動(dòng)控制研究。 本文首先基于三維空間有限元模型的動(dòng)力分析建立了弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)動(dòng)力等效的三維多自由度集中質(zhì)量簡(jiǎn)化模型，并利用簡(jiǎn)化模型進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和振動(dòng)反應(yīng)分析。兩種模型的動(dòng)力特性和振動(dòng)反應(yīng)比較表明，弧形閘門(mén)的減振控制中可以采用本文建立的三維多

3、自由度簡(jiǎn)化模型。 然后，根據(jù)弧形閘門(mén)水彈性模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)實(shí)測(cè)結(jié)果用遺傳算法模擬了產(chǎn)生破壞性振動(dòng)的激振平穩(wěn)脈動(dòng)荷載和非平穩(wěn)脈動(dòng)荷載時(shí)程曲線，并提出了非平穩(wěn)荷載時(shí)程的時(shí)變AR建模方法。該法假定時(shí)變參數(shù)按馬爾可夫方式變化，采用最大似然估計(jì)、過(guò)濾和平滑的方法獲得AR模型的時(shí)變參數(shù)。 模糊邏輯控制是一種特別適用于無(wú)法得到準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型、多輸入、具有不確定因素、非線形系統(tǒng)的控制方法?；诙喾N群遺傳算法的模糊系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，把模糊控

4、制和遺傳算法結(jié)合起來(lái)，用遺傳算法優(yōu)化模糊控制的隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則，充分發(fā)揮了遺傳算法強(qiáng)大的尋優(yōu)能力，構(gòu)成一種控制優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想，改善了模糊控制的效果。把遺傳優(yōu)化模糊控制和半主動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成了本文的優(yōu)化模糊半主動(dòng)控制策略。 根據(jù)水工弧形閘門(mén)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立了水工弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)MR阻尼器智能減振系統(tǒng)模型，對(duì)智能控制系統(tǒng)模型采用LQ半主動(dòng)控制策略和遺傳優(yōu)化模糊半主動(dòng)控策略進(jìn)行了仿真研究。研究結(jié)果表明，采用這兩種半主動(dòng)控策略的智能

5、阻尼器均能有效地減小弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，并且減振效果對(duì)平穩(wěn)荷載和非平穩(wěn)荷載均有較好的效果。阻尼器參數(shù)分析表明，半主動(dòng)控制策略的參數(shù)對(duì)減振效果有明顯的影響，合理的參數(shù)選擇是智能阻尼器取得良好減振效果所必需的。上述兩種控制策略還分別與被動(dòng)—關(guān)、被動(dòng)—開(kāi)控制和常規(guī)模糊控制進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，優(yōu)化模糊控制比常規(guī)模糊控制、被動(dòng)—關(guān)控制、被動(dòng)—開(kāi)控制效果要好得多，與LQ半主動(dòng)控制的控制效果相當(dāng)，而且優(yōu)化模糊控制對(duì)具有不確定參數(shù)水工弧形閘門(mén)結(jié)構(gòu)