主动振动控制在三层楼房
这个示例使用systune地震振动控制的三层楼房。
背景
这个例子认为主动质量驱动程序(AMD)为隔振控制系统三层实验结构。这个设置是用来评估控制设计技术提高土木工程结构在地震期间的安全。的结构由三个故事与一个活跃的质量司机在顶层用于减弱地面干扰。这个应用程序是借用“基准结构控制中存在的问题:第一部分——主动质量驱动系统”B.F.斯宾塞Jr。中华民国堤坝,H.S. Deoskar,地震工程和结构动力学,27(11),1998年,页1127 - 1139。
图1:主动质量驱动控制系统
这种植物P是一个28-state模型以下状态变量:
x(我):i地板相对于地面的位移(厘米)xm:AMD的位移相对于三楼(cm)十五(我):i地板相对于地面的速度(厘米/秒)xvm:AMD相对于地面的速度(厘米/秒)xa(我):i地板相对于地面的加速度(g)xam:AMD的加速度相对于地面(g)d (1) = x (1),d (2) = x (2) - x (1),d (3) = x (3) - x (2):inter-story飘
输入地面加速度xag(g)和控制信号u。我们使用1 g = 981厘米/秒^ 2。
负载ThreeStoryData大小(P)
有20个输出,状态空间模型2输入,和28个州。
地震加速度模型
地震加速度是建模为一个白噪声过程通过Kanai-Tajimi过滤器过滤。
zg = 0.3;wg = 37.3;S0 = 0.03 * zg /(π* wg * (4 * zg ^ 2 + 1));分子= sqrt (S0) * (2 * zg * wg wg ^ 2);分母= [1 2 * zg * wg wg ^ 2];F =√2 *π*特遣部队(分子、分母);F。InputName =“n”;%白噪声输入bodemag网格(F)标题(“Kanai-Tajimi过滤”)
开环特性
地震的影响不受控制的结构可以被注入一个白噪声模拟输入n进入过滤机的组合。您还可以使用柯伐合金直接计算结果的标准差inter-story漂移和加速度。
% Kanai-Tajimi过滤器添加到工厂PF = P *附加(F, 1);%标准差的开环的雪堆简历=柯伐合金(PF (' d ',“n”),1);d0 =√诊断接头(CV));%标准差的开环加速度简历=柯伐合金(PF (“xa”,“n”),1);xa0 =√诊断接头(CV));%绘制开环均方根值clf栏([d0;xa0])标题(漂移和加速度控制结构)ylabel (“标准差”甘氨胆酸)组(,“XTickLabel”,{“d (1)”,“d (2)”,“d (3)”,“xa (1)”,“xa (2)”,“xa (3)”})
控制结构和设计要求
控制结构如图2所示。
图2:控制结构
控制器
使用测量yxa和yxam的xagydF4y2Ba和xam生成控制信号u。身体,控制u是一个液压执行器电流驱动,AMD的质量。设计要求包括:
inter-story飘的最小化
d(我)和加速度xa(我)硬约束控制工作质量的位移
xm,质量加速度xam和控制工作u
所有设计需求评估的标准差相应的信号。使用TuningGoal.Variance每个变量来表达这些需求和规模的开环标准差寻求统一的所有变量相对提高。
%软要求漂移和加速度软= […TuningGoal.Variance (“n”,“d (1)”,d0 (1));…TuningGoal.Variance (“n”,“d (2)”,d0 (2));…TuningGoal.Variance (“n”,“d (3)”,d0 (3));…TuningGoal.Variance (“n”,“xa (1)”,xa0 (1));…TuningGoal.Variance (“n”,“xa (2)”xa0 (2));…TuningGoal.Variance (“n”,“xa (3)”,xa0 (3)));%硬要求控制的努力硬= […TuningGoal.Variance (“n”,xm的3);…TuningGoal.Variance (“n”,“xam”2);…TuningGoal.Variance (“n”,“u”1)];
控制器调优
systune允许您调整任何控制器结构这些需求。控制器复杂性可以通过反复试验调整,从足够高以测量性能的局限性,然后减少订单,直到你看到一个明显的性能下降。对于这个示例,从一个5阶控制器没有直通的术语。
C =可调参数(“C”、5、1、4);西里尔·戴彼第值= 0;西里尔·戴彼第自由= false;%解决引线为零
构建一个可调模型T0图2的闭环系统和优化控制器参数systune。
%建立可调闭环模型T0 =融通(PF, C);%调整控制器参数[T fSoft gHard] = systune (T0,软,硬);
最后:迭代软= 0.601,= 0.99964,= 220
总结表明,我们实现了总体减少40%的标准差(软= 0.6),同时满足所有硬约束(硬< 1)。
验证
计算标准差的漂移和加速度控制结构和与不受控制的结果。AMD控制系统收益率显著减少漂移和加速度。
%闭环飘的标准差简历=柯伐合金(T (' d ',“n”),1);d =√诊断接头(CV));%的标准差闭环加速度简历=柯伐合金(T (“xa”,“n”),1);xa =√诊断接头(CV));%比较开放和闭环值clf酒吧([d0 d;xa0 xa)标题(漂移和加速度)ylabel (“标准差”甘氨胆酸)组(,“XTickLabel”,{“d (1)”,“d (2)”,“d (3)”,“xa (1)”,“xa (2)”,“xa (3)”})(传说“不受控制”,“控制”,“位置”,“西北”)
模拟的反应原有结构开放和闭环earthquake-like激发。地震加速度是建模为一个白噪声过程由Kanai-Tajimi彩色过滤器。
%采样白噪声过程rng (“默认”)dt = 1 e - 3;t = 0: dt: 500;n = randn 1,长度(t)) /√(dt);%白噪声信号%开环仿真ysimOL = lsim (PF (: 1), n, t);%闭环仿真ysimCL = lsim的(T, n, T);%的雪堆clf次要情节(1,1)情节(t, ysimOL (:, 13),“b”t ysimCL (: 13)“r”网格)标题(“Inter-story漂移d(1)(蓝色=开环,红色=闭环)”)ylabel (“厘米”次要情节(3、1、2)情节(t, ysimOL (:, 14),“b”t ysimCL (:, 14),“r”网格)标题(“Inter-story漂移d (2)”)ylabel (“厘米”次要情节(3,1,3)情节(t, ysimOL (:, 15),“b”t ysimCL (:, 15),“r”网格)标题(“Inter-story漂移d (3)”)ylabel (“厘米”)
加速度
clf次要情节(1,1)情节(t, ysimOL (:, 9),“b”t ysimCL (:, 9),“r”网格)标题(1楼的加速度xa(1)(蓝色=开环,红色=闭环)”)ylabel (‘g’次要情节(3、1、2)情节(t, ysimOL (:, 10),“b”t ysimCL (:, 10),“r”网格)标题(“二楼xa(2)加速”)ylabel (‘g’次要情节(3,1,3)情节(t, ysimOL (:, 11),“b”t ysimCL (: 11),“r”网格)标题(三楼xa(3)的加速度)ylabel (‘g’)
控制变量
clf次要情节(1,1)情节(t, ysimCL (:, 4),“r”网格)标题(AMD位置xm的)ylabel (“厘米”次要情节(3、1、2)情节(t, ysimCL (: 12),“r”网格)标题(“AMD加速度xam”)ylabel (‘g’次要情节(3,1,3)情节(t, ysimCL (:, 16),“r”网格)标题(的控制信号u ')
情节的均方根(RMS)模拟信号控制和不受控制的场景。遍历性假设,RMS性能可以从一个足够长的模拟估计的过程,伴随着标准差计算。事实上RMS匹配标准偏差的情节获得。
clf栏([性病(ysimOL(:, 13:15)性病(ysimOL(:,九11));…性病(ysimCL(:, 13:15))性病(ysimCL(:,九11))))标题(漂移和加速度)ylabel (“模拟有效值”甘氨胆酸)组(,“XTickLabel”,{“d (1)”,“d (2)”,“d (3)”,“xa (1)”,“xa (2)”,“xa (3)”})(传说“不受控制”,“控制”,“位置”,“西北”)
总的来说,控制器达到显著减少地面振动的漂移和加速度的硬约束所有的故事,同时满足控制努力和大规模位移。
另请参阅
systune|isPassive|TuningGoal.Variance
