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结构振动控制技术作为一种积极有效的抗震、抗风策略,能有效地减小地震和风振对结构物造成的损害,已经成为广泛的共识。而结构主被动混合质量阻尼器(HMD)控制技术由于输入能量不高、性能稳定、容易实现等优点,目前在土木工程结构振动领域特别是高耸结构的振动控制,得到一定的应用,考虑到目前结构混合质量阻尼器理论和试验研究、工程应用所存在的一些问题,本文对HMD减震机理、结构振动控制算法、控制装置性能试验及控制系统的振动台试验进行了一系列研究。其主要工作包括以下几方面内容: (1)首先分析调谐类控制策略技术特征;然后进行HMD主动控制减震机理分析,主要采用扫频正弦波对仿真结构进行激励,在LQG控制算法下,分析结构响应及控制力特性,探索HMD主动控制减震机理;最后对HMD主动控制结构进行地震响应分析,并分折HMD控制减震效果。 (2)系统研究分析了线性二次型控制算法、线性二次型Gauss控制算法和PID控制算法对结构附加参数的调节机理,提出具有抗噪声能力及状态估计功能的改进的PID控制算法,克服了当通过速度反馈时PID控制器中微分项抗噪声能力差,以及线性二次型控制算法和线性二次型Gauss控制算法只能对结构附加刚度和附加阻尼调节的缺点,实现对结构附加质量、刚度和阻尼的调节。仿真结果表明,该算法具有良好的控制效率。 (3)对重大工程结构振动控制系统传感器失效问题,提出了基于多路RBFNN的控制系统动力特性辩识及传感器故障检测方法,实现了重大工程结构控制系统传感器失效时的智能主动容错控制。通过把传感器反馈信号分解为多路信号进行系统辨识,实现反馈信号的分离,避免正常传感器与故障传感器之间的相互干扰;当传感器正常工作时,控制器按设定的控制饽法确定控制力,当多路RBFNN检测到某个传感器失效时,控制系统将自动剔除该传感器信号,切换到考虑此传感器失效时的振动控制算法确定控制力。通过对AMD控制Benchmark模型进行仿真分析,验证了所提出的鉴于多路RBFNN传感器故障检测技术以及智能主动容错控制策略的有效性和优越性。 (4)针对直线电机驱动AMD模型及AMD原型,通过开环控制进行了指令力、反馈驱动力、实际驱动力及控制系统时滞的性能试验。通过把AMD系统除纹波推力外存在的摩擦力及其它多种因素的综合影响定义为综合阻力,提出了直线电机驱动AMD动力力学分析模型。根据常数指令力试验结果,提出了单台直线电机驱动AMD模型及4台直线电机驱动AMD原型的纹波推力及综合阻力的计算公式。然后对直线电机驱动的AMD控制系统进行不同频率和幅值的正弦力指令试验。验证了提出的直线电机驱动AMD动力学分析模型、纹波推力和综合阻力的计算公式的正确性;直线电机驱动的AMD时滞较小,能够应用于实际工程结构的振动控制,对提出的直线电机驱动AMD性能测试力法的有效性也进行了验证。 (5)以广州新电视塔为研究背景,分别采用PID控制算法、改进的PID控制算法、LQG控制算法以及H2/H∞控制算法进行了直线电机驱动的HMD控制系统振动台试验研究,振动台输入激励分别为正弦扫频波、合成谐波、Kobe地震波、EICentro地震波以及Taft地震波。探讨了控制系统反馈信号噪声对控制系统的影响。通过振动台试验验证了改进的PID控制算法的优越性,以及直线电机驱动的新型主被动复合调谐装置进行工程应用的可行性与有效性。由于测量噪声的影响,当启动PID振动控制系统后,控制力很大,试验被迫终止。而改进的PID控制算法仍有良好的控制效果。