主动质量阻尼器(AMD)ppt课件

1、自动质量阻尼器AMD .概述随着建筑构造的高度不断增高、构造体系不断趋于复杂,再加上地震、台风等自然灾祸的不可预知性,构造抗震、抗风设计也遇到了新的挑战。我国沿海地域超高层建筑普通以风控为主,强风作用下构造能够会出现温馨度超标,甚至会呵斥构造及附属构件损坏。大量实际研讨和实际证明,自动质量阻尼器AMD控技术可以有效地添加构造阻尼,减小超高层构造风致振动和地震呼应。因此,运用 AMD 控制技术,减轻构造在风荷载作用下的呼应,提高建筑温馨性,对提高建筑运用性能和质量有重要意义。.目录1.根本概念，历史，现状。2. 原理3. 安装4. AMD任务流程5.自动控制算法6. 存在的问题7. 研讨展望.根

2、本概念自动质量阻尼器(active mass damper,AMD)是将构造呼应的反响和或构造中关键位置处外鼓励的前馈,经计算机分析处置向驱动器(衔接质量块和构造)发送适当的信息.于是驱动器对抗质量块将惯性控制力施加于构造实现振动控制.历史自从美籍华裔学者 J.T.P.Yao 于 1972 年初次提出构造控制的概念之后，构造控制引起了世界各国的高度注重，经过 30 多年的不断开展和完善，并且在大量实践工程中得到了较广泛的运用。在挺拔构造风振控制方面，主要以被动调谐质量阻尼器和自动质量阻尼器的运用居多，而且技术成熟可靠。.国外研讨情况在安装的实验研讨方面，1987 年日本 Aizawa等人完成了

3、小比例四层钢框架模型顶层设置 AMD 系统的自动控制实验；同年，日本 Kobori 等人完成了 1：4 钢框架模型顶层设置 AMD 系统的自动控制实验；1988 年美国 Soong 等人完成了1：4 钢框架模型顶层设置 AMD 系统的自动控制实验。这些实验和结果显示了AMD 系统良好的性能和控制效果。.在安装的实践工程运用方面，1989 年，日本Kajima 建筑公司建成了世界上第一座采用 AMD 系统的 11 层办公大楼京桥成和大厦，用于控制构造的风振和中等地震作用的反响。日本大阪Applause 塔上安装了 1个质量重达480t 的 AMD 系统，其惯性质量直接采用了该建筑上的直升机停机坪

4、台运用了2个. 5t的作动器，该系统给构造附加的阻尼比为 1.4%-10.6%。同样，在大阪 Herbis大厦也安装了 2 个悬吊 AMD 构造控制系统。该大楼总高 190m，每个 AMD 安装的惯性质量为 160t，悬吊杆长度为 3.2m，安装自振周期为 3.6s，自动控制出力为5t，控制冲程为 300mm，最大控制力为 6t，最大冲程为 500mm。.国内研讨情况在安装的实验研讨方面： 哈尔滨工业大学刘季、宋根由等人率先在我国开展了构造振动自动控制实验研讨,完成了 5 层 1:4 模型框架的 AMD 振动控制实验。 欧进萍等人研讨了海洋平台振动的 AMD 控制仿真分析及 1:10 模型平台

5、构造 AMD 控制的地震模拟实验台实验。.在安装的实践工程运用方面：中国与美国协作并于 2001 年实现的南京电视塔风振控制的 AMD 系统,是我国国内第一个采用 AMD 控制系统的实践工程。近年来,越来越多的超高层建筑采用了该安装,如上海环球金融中心,在第90层安装了两台各重250吨的惯性质量块,它不仅能使强风作用下建筑物的加速度反响降低,地震时,还能有效地减小建筑构造在地震时的呼应。.广州新电视塔塔高 618 米,其主塔体高 454 米,天线桅杆高 164 米,外形高挑纤细,固有周期达 10.01s 秒,该工程采用了混合质量阻尼器方案,以改善电视塔构造在环境鼓励下的运用温馨性及平安性。该方

6、案由哈尔滨工业大学深圳研讨生院担任其中的 AMD 自动控制部分。.AMD控制原理构造振动的 AMD 控制系统由传感器(包括数据采集器)、控制决策器和 AMD 安装等三部分组成。这三个部分与构造一同组成的系统,称为构造 AMD 控制系统。 AMD 系统实施控制时,传感器子系统丈量构造的干扰或呼应,并反响至计算机;控制器按照计算机设定的某种自动控制算法,实时计算自动控制力,并驱动 AMD 系统的作动器;然后作动器推进 AMD 的惯性质量运动,对构造施加控制力。.AMD与TMD的区别.与被动控制相比，AMD等自动控制方式有以下三个优点：1提高了控制的有效性。2适用于多用途减震，如风振或地震。3可以选

7、择控制目的，如控制构造某个关键振型的呼应位移、速度或加速度呼应，或构造顶点位移、构造基底弯矩以及基底剪力等。.AMD自动控制体系，除了被控构造外，其自动控制系统由三部分组成：1质量阻尼刚度安装：包括质量块，刚度弹簧和阻尼器。2驱动安装和液压源：包括伺服阀、驱动器、反响传感器液压源及管路。3计算机及控制系统，这是整个自动控制系统的中心部分，包括： 数据采集系统：装设在构造和地面上的传感器。. 滤波调理器：对采集的信号进展滤波、放大、调理。 模拟微分器：对振动反响信号位移、速度、加速度进展微分转换。4计算机：A/D转换模拟信号转换为数字信号； 数字信号实时处置按控制算法； D/A转换数字信号转换为

8、模拟信号。5伺服控制器：将模拟信号(u)与反响信号(u*)进展对比、放大，对伺服阀及驱动器进展控制。.AMD自动控制系统的任务流程如下： 1数据采集：地面和构造在地震鼓励下发生振动反响位移、速度、加速度，经过传感器进展在线丈量。 2数据处置和传输：传感器测得的振动反响的信号，经滤波、放大、调理、模拟微分处置等，传输至计算机系统的A/D转换器。.3A/D转换：把电压模拟信号Analog转换为电压数字信号Digital。 4控制计算：计算机把电压数字信号经过标量变换，转换为构造的位移、速度。照预设的控制算法，把构造控制增益矩阵与构造形状向量相乘，计算出控制力U。 5D/A转换：把控制力U的电压数字

9、信号Digital转换为电压模拟信号(Analog)，并作为指令 信号传输至伺服控制器。.6伺服控制：伺服控制器与驱动器的反响传感器 相联，伺服传感器把计算机传来的控制力U的指令信号与反响传感器驱动力(u*)信号进展比较负反响，其差值传至电液伺服阀，伺服阀控制高压油从液压源保送至伺服驱动器的油缸，油缸的活塞随信号偏向而挪动，不断至信号等于零为止。这样，经过负反响，驱动器就按指令信号向构造施加设定的控制力，从而衰减和控制构造的振动反响。 反复16，使构造的振动反响减至最小值 .自动控制系统的组成和任务流程 现以典型的AMD阐明系统组成和任务流程 .自动控制算法自动控制算法是自动控制的根底。它的目

10、是使自动控制系统在满足其形状方程和各种约束条件下，选择适宜的增益矩阵，寻觅最优的控制参数，使系统到达较优的性能目的，实现对构造的最优控制。 主要算法有：1经典线性最优控制算法Yang，1975；2瞬时最优控制算法Yang，1992；3改良瞬时最优控制算法阎维明、周福霖、谭平，1996；.4模态控制算法Martin and Soong，1976； 5脉冲控制算法Udwadia，1981；6极点配制算法Martin and soong，1976；7预测控制算法Rodellar，1987；8自顺应控制算法Safk，1989；9模糊控制算法Yao，1989；.10H无限大优化控制算法Safonov，1

11、991；刘栋栋，1995；11低能量控制算法；12神经网络算法。 目前，多种新的控制算法还在创建和开展。但至今为止，普遍采用的是经典线性最优控制及瞬时最优控制算法。 工程构造减震控制 李爱群 编著参考.构造自动减震控制的运用范围 自动控制主要运用于下述构造在风、地震、环境振动鼓励下的减震控制：1高层、超高层建筑；2挺拔塔架或特种构造；3桥梁或其他大跨度构造；4生命线工程构造。.存在的问题仍存在下述问题尚待处理：1减震的有效性；2控制系统任务的稳定性；3时滞问题； 1液压系统或电机系统的作动过程。 2信号的采集和运输、控制器的计算。4经济性问题；5系统安装的日常维护问题。.自动控制研讨展望 构造

12、自动控制由于具有减震效果好，顺应性广等特点，引起人们广泛的研讨兴趣，目前或今后所要进一步研讨的问题主要有：1进一步开展具有宽广运用前景的构造自动控制安装研讨，建立以这些安装为根底的构造自动控制系统的设计实际和方法。2自动控制减震效果的有效性和控制系统任务稳定性的研讨。 . 目前所建成的自动控制系统，是以提高中小地震以及台风下居住和运用的温馨性为目的，AMD在实践中难以单独抵抗大地震的作用，由于它需求宏大的质量块和推进它们的宏大外部能量。应处理大地震作用下外部能源对自动控制系统的能量供应和保证控制系统在强地震中的有效运转问题。同时，应研讨时滞、传感器和控制器的可靠性等对自动控制系统任务稳定性的影

13、响.3进一步提出新的更为合理的构造自动控制算法和最优控制实际，开展自动控制实际和实验研讨。4土木工程构造自动控制需求有迅速提供宏大控制力的控制安装，研制可靠性高、呼应快、控制力达几百吨的控制器是土木工程构造自动控制的重要课题。5构造自动控制中的混合控制研讨。应开展多种自动控制算法的优化组合研讨、不同类型的构造控制方法的最优混合运用研讨。 .6构造控制规范化的评价体系研讨。 在大量各种不同的构造控制系统存在并投入运用的同时，目前缺乏可以评价这些系统表现性能和进展比较的普通规范。因此，应努力于开发一套规范的测试程序，以便不同系统被动、自动、混合能被真实地评价和比较 7进一步开展自动控制技术在高柔、大跨等工程构造中的实际和运用研讨，扩展它的工程运用领域，经过工程运用，使之成为一项成熟的技术.参考文献1.申崇胜.高柔构造风振温馨度AMD控制算法研讨；哈尔滨工业大学，硕士