[發明專利]一種基于改進蛙跳算法的磁流變阻尼控制方法

有效

• 申請號: 201410076289.5
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN103809458A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 陳淑梅;林秀芳
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊

技術領域

本發明涉及一種基于改進蛙跳算法的磁流變阻尼控制方法，屬于結構減震領域，尤其是利用磁流變阻尼器進行結構振動的模糊控制領域，也涉及模糊控制器的智能設計領域。

背景技術

當前結構工程師所面臨的挑戰之一是如何有效地保護建筑物免受損害，尤其是當建筑物遭受到地震和強風時。因為無數事實證明這種損害很可能導致人員傷亡和巨大的經濟損失。磁流變阻尼器作為一種半主動控制裝置，由于兼具了被動控制系統的高度可靠性、低能耗需求和主動控制系統的高度適應性等優點，在近些年已經備受關注。此外，磁流變阻尼器的優勢還體現在制造和維修成本相對較低、可以提供大的阻尼力和寬的動態范圍等方面。目前已有大量的實驗和理論研究都驗證了它的減振性能。然而，由于磁流變阻尼器內在的非線性特點，使得設計適合的能充分發揮其性能的控制方法成為一大難題。

由于模糊控制理論能夠有效、穩定、簡便地處理非線性、不確定性和啟發式知識等問題，已經受到科研人員和工程師們的青睞。目前雖然已有對磁流變阻尼器進行模糊控制的方法，但模糊控制方法本身依賴于專家經驗，即模糊控制器的參數需要預先給定。因為設計能充分發揮磁流變阻尼器性能的模糊控制器也是一項非常復雜的工作，尤其當一個高層建筑物需要安裝多個阻尼器時，此時要設計的是一個更加復雜的具有多輸入多輸出系統的模糊控制器。

目前，利用進化算法對模糊控制器進行優化已成為模糊控制器設計的趨勢之一。前人有利用遺傳算法（例如參見中國專利201210012197.1）、粒子群算法和遺傳蟻群算法（例如參見中國專利201010193427.X）等智能方法優化模糊控制器的先例。蛙跳算法由Eusuff和Lansey于2002年提出，它兼具了文化基因算法和粒子群算法的優點，是一種最新的且富有生命力的進化算法。至今為止，蛙跳算法已經成功用于解決水資源分配網絡、車間調度和旅行商等問題。蛙跳算法由于全局搜索和局部搜索同時進行，使得搜索不易限于局部解，是解決模糊控制器參數的優化問題的良好途徑。目前國內尚未有有關利用蛙跳算法優化模糊控制器的報道，雖然國外已有一篇利用蛙跳算法優化模糊控制器的文獻，但該控制器是用于控制球桿系統，且僅有模糊控制器的隸屬函數和量化因子得到優化，由此優化效果比較有限。

發明內容

本發明提供的是一種基于改進蛙跳算法的磁流變阻尼控制方法，實現模糊控制器各主要參數（包括隸屬函數、模糊規則和量化因子）的優化配置，從而使優化后的模糊控制器能夠充分發揮磁流變阻尼器的性能，最終實現對建筑物有效減震的目的。

本發明的特征在于：一種基于改進蛙跳算法的磁流變阻尼控制方法，其特征是，包括下列步驟：

首先對安裝有磁流變阻尼器的建筑物施加地震波激力，將所產生的樓層響應輸入到模糊控制器中；

然后將模糊控制器決策變量的選擇轉化為改進蛙跳算法適用的組合優化問題，并對決策變量進行編碼以及隨機產生n個個體組成的初始種群，同時建立合適的控制結構響應的多目標函數以及確定改進蛙跳算法的參數設置；

接著利用改進蛙跳算法隨機搜索優化模糊控制器的決策變量，優化的模糊控制器根據輸入做出響應，即輸出控制電壓，將該控制電壓作為磁流變阻尼器的輸入，阻尼器則會對建筑物提供響應的阻尼力；

建筑物在阻尼力和地震波同時作用下產生新的結構響應，反復上述過程，實現模糊控制器參數的自適應調整，直到滿足優化算法的收斂條件為止，從而得到最優的模糊控制器。

其中，采用實值編碼和非實值編碼混合的方法；其中，原始蛙跳算法所采用的跳躍方式只適用于實值編碼，而改進蛙跳算法的新跳躍方式適用于非實值編碼，即采用隨機二進制序列評判法，其具體為：