基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究.pdf

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1、第40卷第1期四川建筑科学研究2014年2月SichuanBuildingScience197基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究朱军强，张彬，周双科，李必雄(1．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西西安710055；2．武汉一冶钢结构有限责任公司，湖北武汉430080)摘要：采用谐波叠加法，模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程。介绍了LQR控制算法的原理，利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序，并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析，结果表明，LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应，说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法。

2、关键词：谐波叠加法；线性二次型(LQR)算法；主动控制中图分类号：TU311．3文献标志码：A文章编号：1008—1933(2014)01—197—03ResearchaboutwindvibrationcontroloftransmissiontowerbasedonLQRcontrolalgorithmZHUJunqiang，ZHANGBin，ZHOUShuangke，LIBixiong(1．SchoolofCivilEngineering，Xi’allUniversityofArchitecture＆Technology，Xi’an710055，China；

3、2．WuhanYiyeSteelStructureCo．，Ltd．，Wuhan430080，China)Abstract：Inthispaperadopttheharmonicsuperpositionmethod，simulatetransmissiontoweroffluctuatingwindvelocitytime—historycurveandwindloadtime—history．IntroducetheprincipleofLQRcontrolalgorithm，andmaketheprocedureoftheLQRcontrolalgorithm

4、usingMATLABlanguage，thetransmissiontowermodeisanalyzedtogainthecontrolefectofthestructureunderwindloads．StructureshowsthattheLQRcontrolmethodCanreducethewindvibrationresponseoftransmissiontowerefectively，andtheLQRcontrolmethodisakindofratheridealdampingmethod．Keywords：harmonicsuperpos

5、itionmethod；lineartwotype(LQR)algorithm；activecontrol0引言1风荷载时程模拟输电塔是一种高耸柔性结构，其高度可达几百通过对脉动风大量的实测记录样本时程曲线统米，长细比可达几十甚至几百¨，在风荷载作用下计分析可知：脉动风速可用零均值的高斯平稳随机易产生较大的动力响应。因此，在进行输电塔的设过程来模拟，且具有很明显的各态历经性，所以通常计时，应将风荷载作为输电塔的控制荷载。传统的用随机过程来模拟脉动风荷载。目前，国内外对风抗风结构体系是通过增强结构本身的性能来抵抗风速时程模拟的方法主要有两类4。：一类是谐波叠加荷载作

6、用的，缺乏自我调节能力，而主动控制结构具法(WAWS)；另一类是线性滤波器法。本文采用结有适应性强、智能性及减震效果好等优点，其主动控合快速傅里叶变换发(FFr)的谐波叠加法来模拟脉制算法是结构主动控制体系的重要组成部分。目动风荷载时程。前，线性二次型(LQR)经典最优控制算法是对结构谐波叠加法模拟m个点的风速时程，则要得到进行主动控制设计时最广泛采用的方法J。本文m个零均值的平稳高斯随机过程：(t)，(i=1，2，⋯采用的作动器是由王社良等研发的一种超磁致伸缩，m)。(GMM)作动器。互谱密度矩阵为：sol(W)s~2(W)so(W)so1(W)()s：()S。

7、(W)=收稿日期：2012—11—12作者简介：朱军强(1976一)，男，副教授，研究方向为工程结构智能Jsom(W)s()somm()减震与控制和结构健康监测及结构加固技术。基金项目：国家青年科学基金项目(51008245)(1)E—mail：cn21ken@yahoo．com．an式(1)中，S()为自谱密度函数(实数形式)；S：198四川建筑科学研究第40卷(W)为互谱密度函数()，(，=1，2，⋯，m)，可06n厶其中：A=[一】J一一—一M。C。表示成S：()=~／()S：(w)cohi()，W为圆频I'n率，cobi．(W)为相干函数。对互谱函数密度矩

8、阵5。(W