磁流變阻尼控制理論與技術(shù)

前言

美籍華人Yao于1972年結(jié)合現(xiàn)代控制理論第一次提出了土木工程結(jié)構(gòu)振動控制的概念，開創(chuàng)了結(jié)構(gòu)振動的主動控制研究新的里程。隨后國內(nèi)外學(xué)者對這一領(lǐng)域進行了大量的研究，取得了豐富的成果，但由于主動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，所需的巨大能源在強烈地震時無法完全保證等原因，使主動控制在土木工程中的應(yīng)用遇到了很大的困難。磁流變阻尼器作為一種半主動控制因其能耗低、結(jié)構(gòu)簡單、阻尼力大、可控性強而成為土木工程結(jié)構(gòu)新一代的高性能半主動控制裝置。近30年來，國內(nèi)外學(xué)者對這一技術(shù)及相關(guān)的理論、方法進行了大量的研究和應(yīng)用，取得了豐碩成果。作者結(jié)合承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金項目的研究，較系統(tǒng)地總結(jié)這一領(lǐng)域的研究成果，希望能對磁流變阻尼控制理論和技術(shù)的發(fā)展起到促進作用。本書系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了磁流變阻尼器控制理論及其應(yīng)用。全書共十一章。第一章介紹了結(jié)構(gòu)振動控制的概念、原理，結(jié)構(gòu)振動控制的分類及磁流變阻尼控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀；第二章闡述了磁流變液的組成和性能，并給出了多家科研院所及LORD公司的磁流變液的性能參數(shù)；第三章介紹了磁流變阻尼器的工作原理、類型、力學(xué)特性及性能試驗結(jié)果；第四章敘述了磁流變阻尼器的偽靜力模型、動力模型和非參數(shù)化模型；第五章介紹了結(jié)構(gòu)振動控制的動態(tài)系統(tǒng)模型以及系統(tǒng)穩(wěn)定性、能控性和能觀性等重要特性；第六章論述了線性二次型經(jīng)典最優(yōu)控制、極點配置法、瞬時最優(yōu)控制、獨立模態(tài)控制、滑動模態(tài)控制。狀態(tài)反饋控制、最優(yōu)多項式控制的原理以及幾種半主動控制律；第七章簡要闡述了模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制和遺傳算法；第八章介紹了裝有磁流變阻尼器的半主動控制系統(tǒng)的仿真分析；第九章論述了高層建筑磁流變阻尼器風(fēng)振控制及拉索的振動與控制；第十章敘述了磁流變阻尼器的布置位置和時間滯后對控制系統(tǒng)性能的影響及其優(yōu)化設(shè)計；第十一章介紹了磁流變阻尼隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析。本書部分研究內(nèi)容得到國家自然科學(xué)基金項目的資助。本書的出版得到了周福霖等前輩和同行的鼓勵、指導(dǎo)和支掙；李忠獻完成了本書中的部分研究內(nèi)容，并給予作者許多指導(dǎo)和幫助；徐龍河、吳志遠、劉炳凱等參加了本書部分內(nèi)容的研究工作，在此一并表示感謝。在本書的撰寫過程中，參閱了國內(nèi)外許多學(xué)者的著作、論文和研究報告，特在此對其作者表示衷心的感謝。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了磁流變阻尼器的類型與性能、恢復(fù)力模型、控制算法、地震反應(yīng)和風(fēng)振反應(yīng)及工程應(yīng)用。書中主要內(nèi)容包括磁流變液的特性、磁流變阻尼器的類型與性能、磁流變阻尼器的恢復(fù)力模型、現(xiàn)代控制的基本理論、結(jié)構(gòu)振動的控制算法、智能控制算法、磁流變阻尼結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析、磁流變阻尼結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)分析、磁流變阻尼器的優(yōu)化設(shè)置、磁流變阻尼隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析等。　　本書可供從事土木工程、防災(zāi)減災(zāi)工程及防護工程、航空航天工程、機械設(shè)計制造與自動化、材料科學(xué)與工程、力學(xué)等研究的科技人員閱讀，亦可供高等院校相關(guān)專業(yè)的師生參考。

作者簡介

周云，1965年9月生，云南瀘西人，1996年12月獲哈爾濱建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)力學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，1997年3月至2000年6月在哈爾濱工業(yè)大學(xué)力學(xué)博士后流動站進行博士研究，2001年12月破格晉升為教授。長期從事工程抗震與工程減震控制、城市公共安全與防災(zāi)減災(zāi)研究。先后主持完成國家自然科學(xué)基金等項目十余項，獲省（部）級科技進步二、三等獎3項，市科技進步二、三等獎2項。在《土木工程學(xué)報》等學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文90余篇，獲國家新型實用專利6項，在科學(xué)出版社等出版社出版教材和著作14本。兼任土木工程學(xué)會防災(zāi)減災(zāi)工程技術(shù)委員會副主任，高等學(xué)校土木工程專業(yè)指導(dǎo)委員會委員、國際結(jié)構(gòu)控制協(xié)會中國分會等16個協(xié)會或?qū)I(yè)委員會的常務(wù)委員或委員：《土木工程學(xué)報》等7個學(xué)術(shù)刊物編委。

書籍目錄

前言第一章　概論　1.1　結(jié)構(gòu)振動控制　　1.1.1　結(jié)構(gòu)振動控制的概念、原理和分類　　1.1.2　被動控制原理與類型　　1.1.3　主動控制原理與類型　　1.1.4　半主動控制原理與類型　　1.1.5　混合控制原理與類型　1.2　磁流變技術(shù)的應(yīng)用　　1.2.l　磁流變技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用　　1.2.2　磁流變技術(shù)在其他方面的應(yīng)用　1.3　磁流變阻尼控制理論和技術(shù)的發(fā)展展望　參考文獻第二章　磁流變液的組成與性能　2.1　磁流變液的流變機理　2.2　磁流變液的組成　　2.2.1　磁流變液的組成與類型　　2.2.2　磁流變液的組成成分　2.3　磁流變液的本構(gòu)關(guān)系　　2.3.1　穩(wěn)態(tài)剪切場下的本構(gòu)關(guān)系　　2.3.2　動態(tài)剪切場下的本構(gòu)關(guān)系　　2.3.3　磁流變液的性能　　2.3.4　產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計和性能評價　　2.3.5　部分單位研制的磁流變液的性能參數(shù)　2.4　磁流變液和電流變液的比較　參考文獻第三章　磁流變阻尼器的類型與性能　3.1　磁流變阻尼器的工作原理及分類　3.2　磁流變阻尼器力學(xué)特性　　3.2.1　平板間磁流變液流動的計算理論　　3.2.2　阻尼力計算模型　3.3　磁流變阻尼器的性能研究　　3.3.1　美國Notre Dame大學(xué)研制的阻尼器性能試驗　　3.3.2　美國內(nèi)華達大學(xué)研制的阻尼器性能試驗　　3.3.3　哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制的阻尼器性能試驗　　3.3.4　天津大學(xué)研制的阻尼器性能試驗　　3.3.5　寧波杉工監(jiān)控研制的阻尼器性能試驗　3.4　磁流變阻尼器的磁路設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計原則　　3.4.1　磁流變阻尼器的磁路設(shè)計　　3.4.2　磁流變阻尼器的設(shè)計原則 3.5　磁流變阻尼器的振動臺試驗　參考文獻第四章　磁流變阻尼器的恢復(fù)力模型　4.1　偽靜力模型　　4.1.1　軸對稱模型　　4.1.2　平板模型　4.2　動力模型　　4.2.1　Bingham模型　　4.2.2　Bingham黏彈-塑性模型　　4.2.3　修正的Bingham模型　　4.2.4　非線性雙黏性模型　　4.2.5　Bouc-Wen模型　　4.2.6　修正的Dahl模型　　4.2.7　現(xiàn)象模型　　4.2.8　修正Bouc-Wen模型　　4.2.9　修正的現(xiàn)象模型　　4.2.10　非線性滯回雙黏性模型　　4.2.11　非線性滯回模型　　4.2.12　Sigmoid模型　　4.2.13　帶質(zhì)量元素的溫度唯象模型　　4.2.14　雙Sigmoid模型　4.3　非參數(shù)化模型　參考文獻第五章　現(xiàn)代控制的基本理論　5.1　控制系統(tǒng)狀態(tài)方程及其解　　5.1.1　狀態(tài)變量及狀態(tài)空間表達式……第六章　結(jié)構(gòu)振動的控制算法第七章  智能控制算法第八章  磁流變阻尼結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)分析第九章  磁流變阻尼結(jié)構(gòu)的風(fēng)振反應(yīng)分析第十章  磁流變阻尼器半主動控制系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計第十一章  磁流變阻尼隔震結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：用磁流變液制成的磁流變阻尼器是一種性能優(yōu)良的半主動控制裝置，其結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、動態(tài)范圍大、耐久性好，即使在控制系統(tǒng)失效的情況下仍可充當被動控制器件，具有很強的可靠性。磁流變阻尼控制作為一種半主動控制系統(tǒng)既具有被動控制系統(tǒng)的可靠性，又具有主動控制系統(tǒng)的強適應(yīng)性，通過一定的控制律可以達到與主動控制系統(tǒng)十分接近的控制效果，是一種具有較好工程應(yīng)用前景的控制技術(shù)。本章首先介紹磁流變阻尼器的工作原理及分類，隨后討論磁流變阻尼器的力學(xué)特性，最后總結(jié)了國內(nèi)外對磁流變阻尼器性能的實驗研究。3.1 磁流變阻尼器的工作原理及分類模擬磁流變液在磁流變阻尼器內(nèi)的運動，設(shè)計很多種模型，但在設(shè)計過程中，在允許的條件下，應(yīng)盡量選擇簡單的模型，一般可近似等同于如圖3.1 所示的無限大平行板間的幾種不同運動形式。歐進萍、關(guān)新春將磁流變阻尼器分為剪切式（上、下極板以相對速度v平行運動）、閥式（上下極板固定不動，流體以速度v流過極板間隙）、剪切閥式（同時具有剪切和閥式的特點）和擠壓流動式（上下極板以相對速度v做接近或拉開式運動）四類。

編輯推薦

《磁流變阻尼控制理論與技術(shù)》系統(tǒng)地總結(jié)和闡述了磁流變阻尼器控制理論及其應(yīng)用。全書共十一章。第一章介紹了結(jié)構(gòu)振動控制的概念、原理，結(jié)構(gòu)振動控制的分類及磁流變阻尼控制技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀；第二章闡述了磁流變液的組成和性能，并給出了多家科研院所及LORD公司的磁流變液的性能參數(shù)；第三章介紹了磁流變阻尼器的工作原理、類型、力學(xué)特性及性能試驗結(jié)果；第四章敘述了磁流變阻尼器的偽靜力模型、動力模型和非參數(shù)化模型；第五章介紹了結(jié)構(gòu)振動控制的動態(tài)系統(tǒng)模型以及系統(tǒng)穩(wěn)定性、能控性和能觀性等重要特性；第六章論述了線性二次型經(jīng)典最優(yōu)控制、極點配置法、瞬時最優(yōu)控制、獨立模態(tài)控制、滑動模態(tài)控制。

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