土木工程结构振动的智能控制

吴迪

摘 要：本文就土木工程的结构针对智能控制进行了一定的分析，并对磁流变液阻尼器的智能控制的有效控制策略研究。

关键词：土木工程；结构振动；智能控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.089

1 500KN的足尺磁流变液阻尼器

1.1 关键技术

①制备：磁流变液的性能对于其阻尼器的性能有着直接的影响，而与传统阻尼器所追求的各项指标都达到最优不同，本文主要研究了磁流变液阻尼器在其智能控制这一方面所存在的种种问题，并且认为如果要扔磁流变液阻尼器发挥出最大的功效，就需要充分的提升其稳定程度。

10ml 50%含量羰基铁粉的磁流变液在无外界干扰这一情况下精致100天中，其沉降量与实践的关系图。这种磁流变液在静止了100天之后，其析出的体积仅仅占据1%。整个磁流变液其磁感应强度以及最大屈服剪应力这两者之间的关系曲线。外加的磁感应强度对于最大的屈服剪应力有着正相关的联系。而当其外加的磁感应强度上升到0.4T这一程度时，会使得磁流变液的最大屈服里变为90KPA。

②关键技术：在进行磁流变液阻尼器的制作过程中，需要充分的把握住以下几点关键技术：新型的蓄能器制作技术；控制器的恒流技术；磁滞效应的调整技术；磁场的防漏技术；引线的保护技术以及抗沉降技术。而借助于这些关键技术，能够有效的保证足尺磁流变液阻尼器的性能达到一个相当高的水准。

1.2 足尺磁流变液阻尼器的相关力学参数与模型

①性能试验：一般情况下足尺磁流变液阻尼器的安装示意图，并且在正弦激励的作用下会使得其电流变化会在没0.2A的情况下进行递增。而在电流的不断变化之下，该阻尼器的阻尼力与位移以及速度的相关变化曲线。而随着电流的不断增加，会使得磁流变液阻尼器中的最大屈服剪应力也不断变大，并进一步的导致其阻尼器随着电流的增大而逐渐增大。而在电流不断变化的情况下，阻尼器的最大阻尼力与理论值有着一定的差别。而且当电流为1A时，磁流变液阻尼器的最大阻尼力便能够达到523KN这一标准。而且其理论值与实验值有着比较小的误差，这也就能够充分的满足相关足尺磁流变液阻尼器的相关设计要求。

②力学模型：在充分的现有研究结构支撑下，本文提出了一种结构相对简单并且有着良好使用性能的Bingham力学模型，而依据该模型，能够利用下述公式来进行阻尼器输出时其阻尼力的合理表示。

2 进行磁流变液阻尼器的智能控制的有效控制策略

磁流变液阻尼器要想有效实现其结构振动的智能控制，就必須重视其相关参数的调整策略。本文在上述的磁流变液阻尼器的力学模型基础上进行了其半主动控制与主动控制的先关优势，并在此基础上进行了半主动控制策略的提出。

（1）半主动控制效果的优势所在。目前在进行半主动的控制策略研究过程中，还存在着诸多的缺陷与不足之处，这也是人们认为磁流变液阻尼器的半主动控制效果与被动控制效果有差别的重要原因。但是如果一味的采用被动-开的结构振动控制模式来取代半自动控制，那就势必会失去进行磁流变液阻尼器的结构振动智能控制的相关意义。

通过该力学模式，可以分析出磁流变液阻尼器其控制能力的实现是由自身的粘滞阻尼力与库伦阻尼力两者合力完成的。而通过进行足尺的磁流变液阻尼器进行试验，其相关试验结果的参数识别可以得知：在磁流变液阻尼器中的粘滞阻尼系数其变化程度要远远的小于库仑力的变化氛围，也就是说在进行磁流变液阻尼器的控制力实现过程中，主要是由不可调节的粘滞阻尼力以及有着良好调节能力的库伦阻尼力两部分构成的。因此在进行相关参数的调节过程之中可以借助于摩擦阻尼器相关的控制策略来进行有效的调节。

而在进行传统的摩擦阻尼器的半控制目标这一过程之中，其控制的目标在于让滑动作用下所产生的耗能尽可能的变大，并且要求其摩擦力的调整能够始终处于一种因为结构响应党导致摩擦力较小的状态之中。这样就能够时期一直处于滑动状态之中，并且不断的进行着滑动耗能。但是这样的控制策略有着明显的缺陷存在。也就是其耗能的目的主要是为了进行速度响应的抑制，而当速度响应的方向没能与位移的响应方向保持一致是，其速度本身便有着能够有效减少结构位移相应的作用。而在这种情况下进行速度反应的抑制，就会导致在实际的工作过程中造成位移响应实际作用进一步的变大。这也就要求必须建立起一个能够合理的调节阻尼器的耗能能力的半主动控制策略。

（2）进行固定增量的改进。在结构的速度以及相关位移响应方向保持一致的情况下，通过进行固定定量的增加来进行阻尼力耗能能力的增强。并将调节过后的磁流变液阻尼器的最大可调库伦力作为标准，并且将其调节到对应程度。利用这样的调节方式，一方面能够有效的保证整个磁流变液阻尼器自身的耗能能力，另一方面还能够将其耗能作用进行最大限度的发挥。

3 结束语

结构振动控制作为一种全新的、积极主动的结构对策，正在逐步与新兴控制技术、信息技术和新材料技术相结合，向自动化、智能化方向发展。而且在现阶段的阻尼器应用过程中，多半运用的是被动-开的磁流变液阻尼器的控制方式，但是这种控制方式也难以取得一个良好的控制效果。这也就需要对现有的磁流变液阻尼器进行不断的改革与完善，并且进行在固定增量上进行改进的半主动控制策略。这样就能够有效的增加土木工程结构振动的智能控制。

参考文献：

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