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研究生： 陳祈丞
Chen, Ci-Cheng
論文名稱： 模糊控制律於勁度可控質量阻尼器系統之實驗驗證
Experiment and Analysis of a Fuzzy-controlled 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： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 208
中文關鍵詞： 調諧質量阻尼器 、槓桿式勁度可控質量阻尼器 、半主動控制 、模糊控制律 、定性處理
外文關鍵詞： Tuned Mass Damper, Leverage-Type Stiffness Controllable Mass Damper, Semi-Active Control, Fuzzy Control Rule, Qualitative Research Process
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    • 傳統被動調諧質量阻尼器(TMD)，是有效的結構減振方法，唯需要較大的衝程，如採用槓桿式勁度可控質量阻尼器(LSCMD)系統，可以半主動模式改善其被動模式之衝程需求。LSCMD利用改變槓桿支點調整質量阻尼器的勁度，提升其減振效能。不同的半主動控制律影響槓桿支點的變化方式，目前已經有線性二次調諧(LQR)和最小能量法(LEM)控制律應用於LSCMD系統，並已經實驗驗證其控制成效。上述的控制律的設計均需要精確的數學模型，並根據性能指標最佳化，才能進行最佳化控制設計。為簡化控制律的推演，本文採用模糊控制研發新的控制律，利用模糊控制貼近人類思考的特性，對回饋數據與欲控制之目標採定性處理，進而找到貼近真實世界的控制律。藉由探討LSCMD勁度力遲滯圈和控制律模型的關係，並且由LQR與LEM的實驗資料，重建出控制律模型。參考重建模型和遲滯圈概念，設計出三種不同特色之模糊控制律。根據模擬顯示，模糊控制律具有非常好的控制成效，除了抑制LSCMD的衝程外，也可稍微降低隔震層反應。在抑制衝程的目的下，模糊控制比LQR更佳。而相較於LEM，其控制成效接近，但模糊控制律整體反應更低，適應性與方便性更高。最後經實驗驗證得知，數值模擬非常接近真實結果，證明模糊控制律之有效性。

    The conventional tuned mass damper (TMD) is an effective control device for vibration suppression. However, larger stroke is required for better performance. To resolve this problem, leverage-type stiffness controllable mass damper (LSCMD), a semi-active mass damper, is proposed in this study. By adopting the fuzzy control rule (FCR), the control performance of the LSCMD is compared with the linear quadratic regulator (LQR) and the least energy method (LEM) rules. Different semi-active control rules will drive the pivot position of the lever-arm of the LSCMD and be able to control the damper stiffness and restoring force in real-time. On the stroke suppression performance, FCR is better than LQR. Moreover, FCR and LEM have similar control performance on displacement suppression at the isolated floor. The simulation results showed that the FCR has very good control results and it does not need to identify the precise parameters of system. Finally, the experimental verification of its applicability is conducted by a series of shak-ing table tests.

    論文摘要 I EXTENDED ABSTRACT II 誌謝 VIII 目錄 X 表目錄 XIII 圖目錄 XV 符號表 XXIII 第1章 緒論 1 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 本文內容 6 第2章 槓桿式勁度可控質量阻尼器理論 9 2.1 系統模型機構介紹 10 2.1.1 滾動單擺系統機構 10 2.1.2 LSCMD機構 10 2.1.3 LSCMD槓桿系統 12 2.1.4 LSCMD對主結構影響 14 2.2 隔震系統裝設LSCMD之模型 15 2.2.1 系統模型設置 15 2.2.2 建立運動方程式 16 2.2.3 控制差異與數值方法 18 2.2.4 槓桿摩擦力分析 20 2.2.5 等值控制力分析 23 2.3 滑軌摩擦之剪力平衡法分析 24 2.3.1 單摩擦機構分析 25 2.3.2 雙摩擦機構分析 27 2.4 應用與控制流程 30 2.4.1 主結構與阻尼器之參數比 30 2.4.2 數值模擬流程 31 表格 33 圖形 36 第3章 模糊控制理論 43 3.1 模糊控制介紹 43 3.1.1 模糊集合論之歸屬函數 43 3.1.2 模糊語言變數之規則語句 44 3.1.3 模糊邏輯之模糊推論Mamdani系統 45 3.1.4 模糊控制之應用概念 47 3.1.5 模糊控制軟體驗證 47 3.2 勁度力遲滯圈之控制律設計法 50 3.2.1 基本參數設計 50 3.2.2 遲滯圈設計概念 51 3.2.3 軌跡圖設計概念 53 3.2.4 規則庫設計 53 3.3 重建規則之控制律設計法 55 3.3.1 規則庫重建方法 55 3.3.2 重建LQR 57 3.3.3 重建LEM 57 3.4 控制器實作 58 3.4.1 圖形建立法之基礎介紹 59 3.4.2 圖形建立法之系統變數 59 3.4.3 圖形建立法之規則庫 60 3.4.4 圖形建立法之輸出與觀察 62 3.4.5 函數建立模糊邏輯物件 63 表格 64 圖形 68 第4章 模擬控制成效 84 4.1 控制律最佳化參數 84 4.1.1 輸入變數範圍 85 4.1.2 輸出變數範圍 86 4.2 規則庫設計 88 4.2.1 L1控制律 88 4.2.2 L2控制律 89 4.2.3 L3和L4控制律 90 4.3 控制律行為探討 91 4.3.1 分析方法 91 4.3.2 不同震幅之影響 92 4.3.3 各控制律之比較 93 4.3.4 探討結果 94 4.4 模擬系統反應 94 4.4.1 系統參數 94 4.4.2 模擬系統反應分析 95 4.4.3 控制成效檢視 97 4.5 不同控制律之比較 101 4.5.1 LQR程式驗證 101 4.5.2 LQR控制律比較 102 4.5.3 LEM控制律比較 103 表格 105 圖形 117 第5章 實驗結果分析 155 5.1 實驗試體與設備 155 5.2 實驗方法 156 5.3 實驗擬合驗證 157 5.3.1 參數識別 157 5.3.2 被動控制擬合反應 159 5.3.3 半主動控制擬合反應 160 5.4 控制成效驗證 162 5.4.1 最佳頻率比之控制律比較 162 5.4.2 較低頻率比之控制律比較 164 表格 166 圖形 173 第6章 結論與建議 196 6.1 本文結論 196 6.2 未來研究方向建議 198 參考文獻 200 口試委員問題與建議表 204

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    下載圖示 校內：2020-08-28公開
    校外：2020-08-28公開
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