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研究生: 許哲崙
Hsu, Che-Lun
論文名稱: 槓桿式勁度可控質量阻尼器之效能評估與實驗驗證
Experimental Verification and Performance Evaluation of Leverage-type Stiffness Controllable Mass Damper System
指導教授: 朱世禹
Chu, Shih-Yu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 土木工程學系
Department of Civil Engineering
論文出版年: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 261
中文關鍵詞: 半主動控制槓桿式勁度可控質量阻尼器模糊控制律支點速度LQR控制律複合實驗
外文關鍵詞: Semi-Active Control, Leverage-Type Stiffness Controllable Mass Damper, Fuzzy Control Rule, Pivot Velocity, Discrete-time Optimal Linear-Quadratic Regulator (LQR) control, Real-Time Hybrid Test
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  • 由前人研究中可知槓桿式勁度可控質量阻尼器第一代(Leverage-type Stiffness Controllable Mass Damper I,簡稱LSCMD I)確實具有良好的減振成效,但仍有衝程過短、零件老舊及安裝不易等缺點,因此為解決這些問題,盧煉元教授開發了槓桿式勁度可控質量阻尼器第二代(Leverage-type Stiffness Controllable Mass Damper II,簡稱LSCMD II)。然於振動台實驗中卻發現在支點輸出範圍較大的情形下,LSCMD II有支點追不上命令的情形發生,因此本文將重新計算應將支點速度提升至多少才可完整呈現其控制成效。本文中以模糊控制律為控制基礎,並以小支點輸出範圍為理論基礎,首先識別出滾動單擺隔震系統(Roll Pendulum System,簡稱RPS)參數,再識別LSCMD II機構參數,接著調整地震PGA大小後將地震歷時輸入模擬程式,使用小支點輸出範圍下之模擬成果與實驗成果相比對,以此為評估依據,藉由模擬程式計算出較大支點輸出範圍限制下之支點速度,並將此支點速度定為目標支點速度,作為改善機構效能的指標。往後若欲重新設計新一代機構,由於機構參數將不一樣,因此對於支點速度的需求也將不同,則可參考本文之設計方法,重新計算出新一代機構的支點速度需求,並挑選適合機構之馬達。

    The performance of the Leverage-type Stiffness Controllable Mass Damper I (LSCMD I) had been verified in previous studies. However, it still has some defects such as the limitation on damper stroke, the aging components and its complexity in installation. To resolve these problems, an upgrading LSCMD II is developed. However, when the demand of pivot displacement is bigger, the performance of pivot of the LSCMD II couldn’t satisfy the demand on command in the experiment. Therefore, to perfectly demonstrate the control effectiveness of LSCMD II, the maximum capacity of the upgraded LSCMD II should be identified. A fuzzy control rule based on a smaller output range is adopted through a series of shaking-table tests in this study. Based on the comparison between numerical simulation and experimental results in the smaller pivot output range configuration, the corresponding time-varying stiffness and pivot velocity are observed. The maximum capacity regarding the pivot velocity is identified and can be estimated by its numerical simulation, if the demand of larger pivot output range is required. Furthermore, the proposed evaluation procedure is applied to investigate the capacity requirement through the real-time hybrid test configuration if a discrete-time optimal linear-quadratic regulator (LQR) control law is adopted in the upgraded LSCMD II.

    論文摘要 I EXTENDED ABSTRACT II 誌謝 VIII 目錄 X 表目錄 XII 圖目錄 XIV 第1章 緒論 1 1.1 前言 5 1.2 文獻回顧 6 1.3 本文內容 9 第2章 槓桿式勁度可控質量組尼器理論 11 2.1 系統模型機構介紹 12 2.1.1 滾動單擺系統機構 12 2.1.2 槓桿式勁度可控質量阻尼器機構 13 2.1.3 LSCMD II槓桿系統 14 2.2 隔震結構裝設LSCMD II之模型 17 2.2.1 系統模型設置 17 2.2.2 建立運動方程式 18 2.2.3 連續時間與離散時間狀態空間方程 20 2.2.4 等值控制力分析 22 2.3 滑軌摩擦之剪力平衡法 24 2.3.1 單摩擦機構分析 25 2.3.2 雙摩擦機構分析 26 2.4 機構比較 29 2.4.1 機構參數比較 29 2.4.2 模糊控制規則庫介紹 31 2.4.3 控制成效比較 32 2.5 應用與控制流程 34 2.5.1 主結構與阻尼器之參數比 34 2.5.2 數值模擬流程 35 第3章 振動台實驗結果分析 67 3.1 振動台實驗試體與設備 67 3.2 振動台實驗方法 68 3.3 振動台實驗擬合驗證 69 3.3.1 參數識別 69 3.3.2 被動控制擬合反應 72 3.3.3 半主動控制擬合反應 73 3.4 振動台控制成效驗證 74 3.4.1 支點輸出範圍 2公分之控制成效 75 3.4.2 支點輸出範圍 4公分之控制成效 79 3.4.3 實驗與模擬支點速度比較 82 第4章 複合實驗結果分析 202 4.1 複合實驗試體與設備 202 4.2 複合實驗方法 203 4.3 複合實驗控制成效驗證 203 4.3.1 控制成效比較 204 4.3.2 支點位移與頻率比變化探討 207 4.3.3 支點速度需求分析 211 第5章 結論與建議 250 5.1 本文結論 250 5.2 未來研究方向建議 252 參考文獻 254

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