[發明專利]基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法

在審

• 申請號: 201811137952.2
• 申請日: 2018-09-28
• 公開（公告）號: CN109403637A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發明（設計）人: 馮曉東;歐耀文
• 申請（專利權）人: 紹興文理學院
• 主分類號: E04G21/12
• 分類號: E04G21/12;G06F17/50
• 代理公司: 紹興市越興專利事務所(普通合伙) 33220
• 代理人: 蔣衛東

本發明提供了基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法，涉及結構工程技術領域，包括：張拉整體結構找形；選取張拉整體結構的控制算法；選取作動器布局方案；試算確定各個不同控制算法的控制輸入能量的共同目標值；確定權重系數；獲得張拉整體結構的時域和頻域動力反應；對控制效果進行比選；更換作動器布局方案，得到該作動器布局下各算法的控制效率系數以及頻響函數，比較不同作動器布局方案控制效率，得到最好的控制算法和作動器布局方案。本發明可以很好的比較這些控制算法在時域和頻域內的控制效率；可以比較不同的控制算法控制效率，得到不同作動器布局，不同數量作動器的控制效率，給作動器布局和數量的選取提供支持。

技術領域

本發明涉及基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法，屬于結構工程技術領域。

背景技術

拓撲學(topology)是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀后還能保持不變的一些性質的學科，它只考慮物體間的位置關系而不考慮它們的形狀和大小。張拉整體結構是一種穩定的自平衡結構體系，它由離散的受壓構件包含于一組連續的受拉構件內部構成。

在拓撲形式的張拉整體結構中，一般而言由于張拉整體結構的特點，例如幾何非線性，載荷的復雜性，施工組裝的不確定性等因素，對同一拓撲形式的張拉整體結構，比較不同的振動控制算法的控制效率存在技術上的挑戰。

通過查閱相關文獻和專利，未發現比較不同控制算法在張拉整體結構中的控制效率和作動器優化布局的同類型技術。而在實際工程中，這項工作特別有意義。主要原因在于：

張拉整體結構是一種典型的幾何非線性結構，在外力的激勵下存在大變形和大位移，因此在實際工程應用中需要對其進行控制來保持其拓撲結構。然而采用什么樣的控制算法，目前還沒有一種明確的定量化的工具來衡量不同算法之間的控制效率。一般而言作動器用于結構的振動控制，需要安裝在最能耗散振動能量的位置，同時考慮到控制和施工成本等問題，需要優化其數量和布局方面。

有鑒于此，本申請人對此進行專門研究，開發出基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法，本案由此產生。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述缺陷，本發明提供了基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法，提出一種明確的定量化的工具來衡量不同算法之間的控制效率。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案如下：

本發明基于作動器輸入能量的張拉整體結構控制效率比較方法，包括以下：

步驟一、張拉整體結構找形：得到張拉整體結構幾何拓撲模型及其各構件的內力分布；

步驟二、選取張拉整體結構的控制算法：選擇LQR、LQG、H2、H_∞算法中的一個或多個；LQR、LQG、H2和H_∞均為優化算法；

步驟三、選取作動器布局方案：根據張拉整體結構的特點在不同的構件之間選取作動器的布局方案；

步驟四、進行控制算法的試算，并選取控制算法的權重系數范圍，同時計算張拉整體結構在該權重系數范圍內作動器輸入能量的范圍，從而確定各個不同控制算法的控制輸入能量的共同目標值；

步驟五、根據步驟四中選取的權重系數范圍進行迭代，選取迭代次數，最終確定權重系數；

步驟六、獲得張拉整體結構的動力反應，得到控制效果；

步驟七、對控制效果進行比選；

步驟八、更換作動器布局方案，重復步驟二至步驟七，得到該作動器布局下各算法的控制效率系數以及頻響函數，從而用于比較不同作動器布局方案控制效率，得到最好的控制算法和作動器布局方案。

作為優選，所述步驟三中，所述作動器布局方案包括作動器的位置和數量。