文档介绍：
基于分级控制的智能预应力结构模型试验
及分析#
摘要:针对活载与恒载比值高的情况,提出在斜拉桥中采用随活载变化而变化的智能斜拉索
方法。即根据主梁承受的荷载情况,在斜拉索中配置适当的作动系统,通过作动系统实时改
变索力大小,从而实现主梁监控点处挠度或应变始终控制在设计范围内。基于分级控制算法,
以应变控制为目标,采用数字信号控制系统进行了智能斜拉桥模型在移动荷载作用下的主动
控制试验,研究了控制算法中的死区设置和电机转速设置对智能斜拉索系统控制性能的影
响。试验结果表明,通过作动器速度的分级和限位应变范围的分级,可实现系统在不同移动
荷载作用下的自适应控制目标。
关键词:智能结构;主动控制;模型试验;分级控制
中图分类号:TU317+.1
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MODEL EXPERIMENT AND ANALYSIS OF SMART
PRESTRESSED STRUCTURE BASED ON MULTILEVEL
CONTROL
Abstract: Considering the high ratio of live load to dead load, this paper presents a smart cable
method in the cable-stayed bridge, which can change the cable force under different live loads.
According to the live load on the bridge, the deformation and strain of smart cable-stayed bridge
can be controlled in the design range by means of collocating with suitable actuator system in the
smart cable, which can change the cable force in time. Based on multilevel control algorithm, the
active control of a cable-stayed bridge model which uses digital signals control system and regards
midspan strain as its control aim is introduced. And the influence of deadzone and motor speed to
the smart systerm control performence are also studied. The result of experiment indicated that the
adaptive control capability under different moving loads can be achieved by classifying actuator
system speed and limit strain range.
Keywords: smart structure; active control; model experiment; multilevel control
0 引言
受荷载变化、环境变异、材料性能退化,以及预应力损失等因素的影响,常规设计施工
方法难以有效控制工程结构后期使用过程中可能出现的过大应力或持续变形[1]。长期以来,
人们梦想工程结构能够感知外界作用和内在性能的变化,通过反馈控制,成为具有某些智能
特征的“活”结构,使自身始终处于最佳服役状态[2]。
随着结构控制学科、信息技术和材料科学的发展,具有自感知、自诊断、自适应及自修
复等功能的智能结构逐渐成为可能。20 世纪 80 年代初,智能材料结构首先在航空航天、军
用飞行器等领域展开了研究,而后,美国、日本等发达国家将其引入到土木、机械和医疗等
民用领域进行研究,至今方兴未艾[3]。
在原结构上集成传感系统后,使之能感受自身状态或特性,就构成了自监测结构。目前,
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重大工程结构的健康监测已成为世界范围内土木工程领域的前沿研究方向之一,具有自感知
功能的大跨桥梁结构也将成为新兴“物联网”的重要组成部分。
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在原结构上集成作动系统后,使之能改变自身状态或特性,就构成了自适应结构。近十
多年来,采用形状记忆合金、压电陶瓷等智能材料作为驱动元件的自适应预应力试验已成为
混凝土梁挠度控制研究的热点[4-8]。