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中文標題: 應用相位控制原理於調諧質塊阻尼器最佳化結構控制設計
英文標題: Application of Phase Control for Optimal Design of Tuned Mass Dampers
編號: NCREE-11-024
語言: 中文
編輯:
媒體型式: 紙本
作者:
鍾立來   吳賴雲   賴勇安   連冠華   顧丁與   
中文摘要: 本文旨在探討線性被動式調諧質塊阻尼器(被動式TMD)之最佳化設
計,以及相位控制之控制律,於半主動式調諧質塊阻尼器(半主動式TMD)
與主動式調諧質塊阻尼器(主動式TMD)之減振效益研究。首先,以單自由
度結構位移之均方為最小,提出線性被動式TMD 之最佳設計方法-迭代法、
圖表法與最佳化設計公式。接著,對於半主動式TMD 及主動式TMD;半
主動式TMD 之模型為被動式TMD 加裝半主動式摩擦機構,以可變之正向
力調整摩擦機構之摩擦力;主動式TMD 之模型為被動式TMD 加裝主動式
噴射機構,以噴射力之方式施加主動控制力於質塊上;本文以相位控制為
控制原理,提出一組控制律,使半主動式TMD 及主動式TMD 盡量維持-90
度相位差之控制律,以達最佳之減振效果。以0.5Hz 單自由度結構於強迫
振動及數值模擬之結果顯示,結構加裝半主動式TMD 或主動式TMD 後,
可有較大之減振頻率帶寬;於隨機振動之數值模擬結果顯示,其結構反應
都優於最佳化被動式TMD,且由頻率比敏感度及TMD 阻尼比敏感度分析,
半主動式TMD 及主動式TMD 對於頻率比及TMD 阻尼比皆不敏感,可解
決被動式TMD 適應性之問題;經由三維圖進行頻率比及TMD 阻尼比最佳
化設計後,可再增加半主動式TMD 及主動式TMD 之減振效益。最後以台
北101 結構轉換為單自由度系統作為案例分析,在台北101 半年回歸期風
力下,分析結果顯示,加裝被動式TMD,三種最佳化設計方式與實際最佳
值之減振效果相若,皆可達減振目的;加裝半主動式TMD 與主動式TMD
不僅均可達減振目的,且減振效果更較最佳化被動式TMD 為佳;並且,由
於無適應性之問題,可不需進行最佳化設計即可有優於被動式TMD 之減振
效果,驗證此控制律作用之半主動式TMD 與主動式TMD 確實可行並有其
優點。
英文摘要: The present study aims at developing the optimal design of linear passive tuned mass dampers (PTMD) and proposing the phase control algorithm for semi-active tuned mass dampers (SATMD) and active tuned mass dampers (ATMD). At first, inorder to optimize the sum of square of structure displacement response is minimized; three kinds optimal design methods are proposed for PTMD - the iteratopn method, the diagram method and the optimal design formulae. Then, the phase control algorithm for SATMD and ATMD is proposed. The principle of phase control algorithm is keep the mass block response maintain 90° phase lag to the structure. Finally the PTMD, SATMD and ATMD are respectively implemented on the structure of Taipei 101 which is simplified to single degree of freedom and subjected to the design wind forces. The numericial simulation resoult shows that three kinds optimal design methods for PTMD all may suppress the vibration of structure. Moreover, by the phase control algorithm, SATMD and ATMD not only have better proformence then the optimal PTMD, but also improve the robustness. Therefore, even without the optimal design procedure, SATMD and ATMD both are more effective then the optimal PTMD.
關鍵字: 調諧質塊阻尼器、相位控制、結構控制
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