空间网壳结构风振的模糊控制分析

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1、第七届全国现代结构T程学术研讨会空间网壳结构风振的模糊控制分析1黄剑伟周岱2郭军慧(上海交通大学船舶海洋与建工学院，上海200030)摘要：基于模糊控制顾理，本文构建了运用于审问结构的简化模糊控制器系统，包含模糊化接口、规则库、插值查询表等。运用该模糊控制器，对典型嘲壳结构进行风振控制数值仿真，对比分析采用不同结点的位移、速度作为取输八时结的构动力响应。研究表明，该模糊控制器设计简便、易于操作、振动控制效果显著。芙键词：模糊控制，空闻网壳结构，数值仿真一、‘引言’f．术工程结构控制经常采用的方法．一是采用经典控制理论，使用基于传递函数模式的频域分析法。二是采用现代控制理论，使用基于状态方程模

2、式的时域分析法。这两种方法均有局限性，需事先确定被控对象的精确数学模型；但是，对于高度非线性问题、强耦合、时变以及分布参数等系统，其精确数学模型的建立难以实现。模糊控制作为一种智能控制方法，是模糊逻辑与控制技术相结合的产物，由于模糊逻辑具有人的思维和判断能力．因而使模糊控制具有智能的特点，广泛地运用于复杂难以精确建模的系统、具有非线性和时变以及强耦合等性质的系统、结构控制过程中有大量不确定因素的系统。u’MR(Magent0Iheology)阻尼器是一种可控智能阻尼器，它能提供可调节的阻尼力．适合作为半主动控制器⋯即利用少量能量切换MR阻尼器的状态以达到理想的控制效果。即使在不利的情况下，M

3、R阻尼器相当于一般的粘滞液体阻尼器，对结构也是安全的。o本文基于模糊控制原理，构建了运用于空间结构的简化模糊控制器系统。在媳型网壳结构中引入MR阻尼器，运用基于专家知识和经验的控制规则，采用MaIndani推理方法进行模糊推理运算；利用重心法进行解模糊处理，求解输入量(位移和速度)对应的输出量‘即MR阻尼器的控制力)，并制成双线性插值查询表。由各时刻特定结点的位移和速度扶表中查询出相应的MR阻尼器控制力精确值．将其作用}相应杆件，从而实现对空唧网壳结构的振动控制和进行数值仿真结果的比较分析。二、简化的模糊控制系统t3，通常的模糊拧制系统结构如图1所示。图中yr为系统输入值，y为系统输出值，它

4、们均为清晰量。捶糊控制暑车图l模糊控制系统Fig．1Fuzzycon仃oIsystem运用于宅问结构的模糊控制系统结构如图2所示。图中y’为系统输入值，y为系统输出值，它们均为清晰晕，系统输入值通常是特定结点的位移和速度，系统输出值通常是MR阻尼器的控制力。该简化的模糊控制器的组成包含模糊化接口、控制规则、插值查询表等部分，其核心部分是由控制规则推导出的插值查诲表。1国家自拣科学基金项目(No10572091)和高等学技博士学科点专项科研基金项目(No：20040248002)资助2通讯作者：zJ】oudd@“tu．e札c玎工业建筑2007增刊蓦～第七届全国现代结构r程学术研讨会图2空间结构

5、的模糊控制系统Fig．2Fuzzycontmlsystemforspatialreticulatedshenstnlcture模糊化就是将输入的清晰量按照一定的模糊化原则转换成语言值的过程，同时，输入值对于相应语言变量语言伍的隶属度也被确定。在设计一个输入语言变量的隶属函数时，需要考虑如下因素：隶属咱数的个数、形状、位置分布和相互重叠程度(重叠率一般应在O．2一O．6间)。通常取三角彤分布隶属函龄。七个语言变量值的图形表示如下图3所示，其中NB表示负大，NM表示负中，Ns表示负小，zE表示零，Ps表不正小，PM表示止中，PB表示正大。、规则库包含有与过程操作有关的专家的经验型知【}{，控制规

6、则就是这些知识的描述，规则库存放的知识通常是削矩阵表的形式给出。双输入、单输卅的模糊控制准则可以采爿j表1所示的MaIIldaIli模糊控制规则。其中A。和B．为输入模糊集，c。。为输出模糊集(i．i_l，2．⋯，7)。㈣表1模糊控制规则表Tab1FuzzyconⅡ01mles

7、量的精确值，它们是通过Marndanj推理方法进行模糊推理运算．并果用重心法进行解模糊处理而得。三、数值仿真计算模型选用肋环型单层球面网壳，网壳跨度12m，矢高2m，环等分数为12，网壳肋等分数为3，杆件直径为48mm，壁厚为18mm，支撑柱选用c30魁凝土300×300方形柱，柱高60m，柱底部为刚接，模型如图4所示。采用双输入、单输出的模糊控制策略，两个输入变最分别取网壳结构结点的x方向位移响庳和速度响应