基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法，减隔震部分包括上柱、下柱、电磁铁、压力传感器、位移传感器、基础、摩擦摆支座、控制部分，摩擦摆支座由上盖板、下盖板、滑动曲面、滑块、限位块构成；控制部分是基于PSO智能算法的控制单元。控制方法的步骤为：地震时，结构发生响应，摩擦摆工作，压力、位移传感器接受信号，将信息传输给控制部分；控制部分中的计算机数据处理器对信息经过PSO‑LQR智能算法计算后得到最优控制力；将最优控制力通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，控制电磁铁工作，使摩擦摆支座安全工作。引入了PSO算法来对LQR控制器的参数进行优化选取，保证系统既能够高效的运行又可以得到最优解，最终达到全局最优控制。
【技术实现步骤摘要】
基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法
本专利技术属于建筑结构领域，涉及到地震的半主动减隔震技术。
技术介绍
地震是一种具有极强破坏力的自然灾害，据统计，地球上每年约发生500多万次地震,地震能造成大量的人员伤亡以及建筑物的倒塌对人类的生命和财产都会造成巨大的损失。但当前的科技水平尚无法预测地震的到来,我们只能采取一些措施,比如安装减隔震装置,将地震产生的危害尽量降低到最小。由于近年来摩擦摆支座的不断发展，使得越来越多的建筑结构中使用了摩擦摆支座，从而来减少地震造成的危害。但随着摩擦摆隔震支座投入使用，关于摩擦摆隔震支座的一些问题也随着暴露出来，从实际的使用过程中反映出的问题有：竖向抗拔能力不足、摩擦系数多变以及自复位能力不足等问题。近些年，智能的半主动控制装置已经在振动领域获得越来越多的关注。半主动控制方法既能减少对外界能量的依赖，又有优于被动控制的效果，只需要少量的能量调节便可实现主动最优控制。控制算法是半主动控制系统的核心，它直接决定了控制系统的控制效果。现有的常用的振动控制算法主要包括H∞控制、滑模控制、最优控制、模糊控制等。其中，LQR控制是一种适用性很强的最优控制，其最大的优点是可得到状态线性反馈的最优控制律，易于构成闭环最优控制，其性能指标物理意义明确，因此被广泛运用于振动控制中。LQR控制模型中，Q和R的选取直接影响着最后的控制效果，但Q和R的选取无规律可循。到目前为止，学者们就如何确定最佳的Q与R矩阵以及获得全局最优控制力进行了多年研究。现有一种复杂双层磁悬浮精密隔振系统，将遗传算法引入到LQR控制模型中，求得最佳的Q与R矩阵，仿真结果表明该系统隔振效果优良。但遗传算法编程复杂，考虑参数多，而粒子群算法是一种对鸟类觅食的行为进行建模和仿真的群智能全局优化算法，该算法具有优化性能良好，收敛速度快等优点，在函数优化问题求解领域得到广泛的应用。能够取得比遗传算法更好的优化效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法。本专利技术是基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法，基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，摩擦摆减隔震部分包括上柱1-1、下柱1-2、电磁铁1-3、压力传感器1-4、位移传感器1-5、基础1-6、摩擦摆支座2、控制部分3，摩擦摆支座2是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板2-1、下盖板2-2、滑动曲面2-3、滑块2-4、限位块2-5构成；控制部分3是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-6相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，用于地震时通过摩擦摆支座2工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器1-4和位移传感器1-5分别安装在摩擦摆支座的滑动块2-4上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器1-4和位移传感器1-5能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分3；控制部分3能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁1-3工作；两个电磁铁1-3分别放入上盖板2-1和下盖板2-2中，当控制部分3判断电磁铁1-3工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X。本专利技术的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统的控制方法，其步骤为：步骤（1）当地震时，结构发生结构响应，此时摩擦摆工作，安装在滑动块上的压力传感器1-4和位移传感器1-5接受信号；步骤（2）压力传感器1-4和位移传感器1-5将信息数据传输给控制部分3；步骤（3）控制部分3中连接的计算机数据处理器对传感器传来的信息数据经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力；步骤（4）将计算机数据处理器计算得到的最优控制力通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，从而控制电磁铁1-3工作；步骤（5）当控制部分3判断电磁铁1-3工作时，通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X，保证了安全值，使摩擦摆支座2安全工作。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是：利用线性二次型最优控制策略，采用粒子群算法进行优化，着重解决现有普通摩擦摆无抗拔能力，摩擦系数多变以及自复位能力不足等问题。主动控制的效果好，但由于建筑结构体型巨大，导致所需外加能源较大，加之控置装置比较复杂，于是，这种基于PSO算法的新型摩擦摆半主动隔震系统就展现出很大的优势。它能够得到摩擦摆支座需要提供给结构的控制力的全局最优解，高效的降低结构的地震响应，以达到更好的减隔震效果，起到更好的安全保护结构稳定性的目的。保证新型摩擦摆半主动隔振系统既能够高效的运行又可以得到最优解，最终达到全局最优控制。附图说明图1为电磁铁控制的摩擦摆减隔震支座，图2是控制方法的流程框图，图3是单个摩擦摆的构造图。附图标记及对应名称为：上柱1-1，下柱1-2，电磁铁1-3，基础1-4，摩擦摆支座2，上盖板2-1，下盖板2-2，滑动曲面2-3，滑动块2-4，限位块2-5，控制系统3。图4是基于粒子群算法的新型摩擦摆半主动隔振系统LQR控制器加权矩阵优化过程示意图。具体实施方式如图1～图4所示，本专利技术是基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法，基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，摩擦摆减隔震部分包括上柱1-1、下柱1-2、电磁铁1-3、压力传感器1-4、位移传感器1-5、基础1-6、摩擦摆支座2、控制部分3，摩擦摆支座2是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板2-1、下盖板2-2、滑动曲面2-3、滑块2-4、限位块2-5构成；控制部分3是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-6相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，用于地震时通过摩擦摆支座2工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器1-4和位移传感器1-5分别安装在摩擦摆支座的滑动块2-4上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器1-4和位移传感器1-5能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分3；控制部分3能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁1-3工作；两个电磁铁1-3分别放入上盖板2-1和下盖板2-2中，当控制部分3判断电磁铁1-3工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X。以上所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，如图1、图3所示，所述的摩擦摆支座2为单一摩擦摆支座，滑动面采用不锈钢材料制成的下凹形圆弧形曲面；滑块底部与滑动面具有相同的曲率半径，并且在上下盖板设置电磁铁。以上所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，如图1所示，控制部分3为智能控制单元，压力传感器1-4本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，其特征在于摩擦摆减隔震部分包括上柱（1-1）、下柱（1-2）、电磁铁（1-3）、压力传感器（1-4）、位移传感器（1-5）、基础（1-6）、摩擦摆支座（2）、控制部分（3），摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板（2-1）、下盖板（2-2）、滑动曲面（2-3）、滑块（2-4）、限位块（2-5）构成；控制部分（3）是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-6）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2-4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分（3）；控制部分（3）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁（1-3）工作；两个电磁铁（1-3）分别放入上盖板（2-1）和下盖板（2-2）中，当控制部分（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X。/n...
【技术特征摘要】
1.基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，其特征在于摩擦摆减隔震部分包括上柱（1-1）、下柱（1-2）、电磁铁（1-3）、压力传感器（1-4）、位移传感器（1-5）、基础（1-6）、摩擦摆支座（2）、控制部分（3），摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板（2-1）、下盖板（2-2）、滑动曲面（2-3）、滑块（2-4）、限位块（2-5）构成；控制部分（3）是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-6）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2-4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分（3）；控制部分（3）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁（1-3）工作；两个电磁铁（1-3）分别放入上盖板（2-1）和下盖板（2-2）中，当控制部分（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X。
2.根据权利要求1所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，其特征在于：所述的摩擦摆支座（2）为单一摩擦摆支座，滑动面采用不锈钢材料制成的下凹形圆弧形曲面；滑块底部与滑动面具有相同的曲率半径，并且在上下盖板设置电磁铁。
3.根据权利要求1所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，其特征在于：控制部分（3）为智能控制单元，压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）与其相连，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分（3）；控制部分（3）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过P...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，闫鹏亮，任杰，弓耀云，杨林，杨欢，闫胤积，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62
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