压电摩擦阻尼器在高压输电塔半主动抗震控制中的应用

"基于新型压电摩擦阻尼器的高压输电塔半主动抗震控制 (2013年)，樊禹江，王社良" 本文详细探讨了一种基于压电陶瓷管状驱动器的新型压电摩擦阻尼器在高压输电塔半主动抗震控制中的应用。作者首先介绍了他们开发的压电摩擦阻尼器，这是一种利用压电材料的特性来实现振动控制的装置。压电材料在受到电压激励时会产生机械变形，这种变形可以转化为摩擦力，从而消耗结构的振动能量。 为了对高压输电塔进行分析，研究人员利用ANSYS软件进行了有限元建模。ANSYS是一款广泛使用的工程模拟软件，能够对复杂结构进行精确的力学分析。通过超单元法，即把结构分解为多个小单元，再通过MATLAB编程计算出结构的整体刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵。这些矩阵是进行动力学分析和控制设计的基础。 接下来，作者利用MATLAB编写了两种半主动控制策略：LQR最优控制策略和最优Bang-Bang控制策略。LQR（Linear Quadratic Regulator）是一种广泛应用的最优控制理论，它寻求最小化系统的加权状态和输入的二次型性能指标。Bang-Bang控制则是一种开关控制策略，控制变量在两个极限值之间切换，以达到最佳控制效果。 随后，这些控制策略被集成到SIMULINK仿真工具箱中，SIMULINK是MATLAB的一个扩展，用于动态系统建模和仿真。通过SIMULINK，作者构建了一个半主动控制系统，该系统适用于高压输电塔的抗震需求。 在地震模拟方面，研究选择了EL-Centro地震波进行振动控制实验。实验结果显示，采用这种新型压电摩擦阻尼器和半主动控制策略，能够显著降低输电塔在地震作用下的响应，平均控制效果系数达到了25%，这意味着结构的振动减少了四分之一。 这篇论文展示了如何利用先进的技术手段和智能材料设计出高效的抗震控制系统，以保护高压输电塔在地震中的稳定性。这不仅有助于电力基础设施的安全，还为未来其他大型结构的抗震设计提供了新的思路和方法。