结构基于绝对加速度完整反馈ATMD控制

　　0　引　言

　　主动调谐质量阻尼器(ATMD)在结构和被动TMD之间引入一个主动控制力,克服了被动TMD的固有缺陷(TMD启动滞后),可进一步提高TMD的有效性和鲁棒性。近年来,许多学者对ATMD进行了研究,例如Chang和Yang(1995),Ankireddi和Yang(1996)。而且,安装于实际建筑中的控制装置大都是这种主动调谐质量阻尼器[Nishiani和Inoue(2001)]。目前的论文主要讨论基于结构和ATMD绝对加速度的两个全反馈ATMD的动力特性,因为在实际中加速度传感器所测量的是绝对加速度值。

　　1　设置ATMD时结构的传递函数

　　结构-ATMD系统的动力方程可表示为:

式中,ms,cs和ks分别为结构的质量、阻尼和刚度;(t)为基底加速度;mT,cT和kT分别为ATMD的质量、阻尼和刚度;u(t)为作用于结构和ATMD间的主动控制力;ys为结构相对于基底的位移;yT为ATMD相对于结构的位移(如图1所示)。

　　主动控制力生成模式为:

式中,mt,ct和kt分别为ATMD的加速度、速度和位移反馈系数。

　　2　设置ATMD时结构的动力放大系数DMF

　　定义结构-ATMD系统的动力放大系数:

　　利用式(5)和(6)并引入f=ωT/ωs和λ=ω/ωs,式(7)可明确地表示为:

　　即设置ATMD结构的最大动力放大系数的最小值的最小化。

　　3　数值分析

　　图2-4给出了ATMD数值分析的结果,分析中结构阻尼比ξs=0.02。由图2知,对于情况Ⅰ,随着α(α>0)和质量比的增大,ATMD的最优调谐频率比减小且小于TMD的最优调谐频率比。对于情况Ⅱ,随着α(-0.1<α<0)的减小,ATMD的最优调谐频率比减小,而随着质量比的增大保持常量。由图3知,对于情况Ⅰ,ATMD随着α(α>0)和质量比的增大,最优阻尼比增大而且大于情况Ⅱ的ATMD(-1.0<α<0)和TMD的最优阻尼比;情况Ⅱ的ATMD最优阻尼比略小于TMD的最优阻尼比。由图4知,情况Ⅱ的ATMD(不论α为何值,例如α=-0.4,-0.6与-0.8 )与TMD具有同样的有效性;情况Ⅰ的ATMD比情况Ⅱ的ATMD和TMD具有更好的有效性。

　　参考文献

　　1　Chang C C,Yang H T Y.Control of buildings using active tunedmass dampers.J.Engng.Mech.,ASCE,1995,121(3):355—366

　　2　Ankireddi S,Yang H T Y.Simple ATMD control methodology fortall buildings subject towind loads.J.Struct.Engng.,ASCE,1996,122(1):83—91

　　3　Nishitani A,Inoue Y.Overview of the application of active/semiac-tive control to building structures in Japan.Earthquake Engineeringand Structural Dynamics,2001,30(11):349—362