Study on Fuzzy Control of Structural Vibration by Genetic Algorithms and Chaos Theory

遗传算法和混沌理论对结构振动的模糊控制研究

• 批准号: 08455214
• 负责人: FURUTA Hitoshi
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: Kansai University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 1997
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-08455214/
• 关键词: Chaos Theory; Wind Velocity; Short-Term Prediction; Active Control; Genetic Algorithm; Fuzzy Control; テセレーション法

The main content of the present study is the development of a new method of active control. Active control features very short processing times consumed in evaluating the inputs of detected data and calculating the controlling force, quite simple programming of calculation, wide applicability, good adaptability to the irregular vibration by wind and seismic loads, and so on. Besides, the uncertainty in the natural vibration characteristics of actual structures can be dealt with by using fuzzy control. In general, in the optimal control theory, the controlling force theoretically determined in accordance with the condition of a structure at every moment is applied to it to achieve the optimal control effect. With some actuators, however, it is difficult to regulate such controlling force to the exact value theoretically correct. The fuzzy control allows up to pertform an efficient control even with controlling force in an vague form.In the present study, wind loads on a structure were taken up as its external force, and the accuracy of the fuzzy active control was improved by making the short-term prediction of wind velocity. In concrete terms, the wind velocity was considered time-series data in chaotic behavior, and the velocity in the next time period was predicted based on the time-series data by using the local fuzzy reconstruction method. The controlling force was determined based on the predicted wind velocity by applying fuzzy control rules. Upon the advent of the actual wind velocity, the controlling force was applied to the structure to curb its amplitude and acceleration. By solving the vibration equation by the Runge-Kutta method, numerical simulation was performed to verify the effectivity of this method.

本研究的主要内容是发展一种新的主动控制方法。主动控制具有对检测数据输入的评估和控制力计算所需的处理时间短、计算程序简单、适用范围广、对风振和地震荷载引起的不规则振动有很好的适应性等特点，并且可以用模糊控制来处理实际结构自振特性的不确定性。一般来说，在最优控制理论中，根据每一时刻结构的条件理论上确定的控制力被施加到结构上，以实现最优控制效果。然而，对于某些致动器，很难将这种控制力调节到理论上正确的精确值。模糊控制允许执行一个有效的控制，即使控制力在一个模糊的形式。在本研究中，风荷载的结构作为其外力，和模糊主动控制的精度提高，通过作出短期预测的风速。具体而言，将风速时间序列数据视为混沌行为，利用局部模糊重构方法对下一时间段的风速进行预测。根据预测风速，应用模糊控制规则确定控制力。当实际风速出现时，控制力被施加到结构上以抑制其振幅和加速度。通过龙格-库塔法求解振动方程，进行了数值仿真，验证了该方法的有效性。

项目成果

H.Furuta, M.Hirokane, Y.Nomura: "Active Control of Structure Using Chaos Theory and Fuzzy Theory" Proceeding of Fuzzy Symposium. No.13 (in Press). (1998)

H.Furuta、M.Hirokane、Y.Nomura：“利用混沌理论和模糊理论对结构进行主动控制”模糊研讨会论文集。

古田均・広兼道幸,他2名: "カオス理論を用いた風速の短期予測" ファジィ建築土木応用シンポジウム. (発表予定).

Hitoshi Furuta、Michiyuki Hirokane 和另外 2 人：“利用混沌理论进行风速的短期预测”模糊建筑和土木工程应用研讨会（已安排演讲）。

古田,均・他2名: "カオス理論とファジィ理論を用いた構造物のアクティブ制御" ファジィシステムシンポジウム,日本ファジィ学会. 13印刷中. (1998)

Hitoshi Furuta 和其他 2 人：“利用混沌理论和模糊理论对结构进行主动控制”，模糊系统研讨会，日本模糊学会，1998 年出版。

古田,均・他2名: "構造物のファジィ制御へのカオス理論の適用" ファジィ建築土木応用シンポジウム,日本ファジィ学会. (発表予定). (1998)

Hitoshi Furuta 和其他 2 人：“混沌理论在结构模糊控制中的应用”，模糊建筑和土木工程应用研讨会，日本模糊协会（预定演讲）（1998 年）。

古田,均・他3名: "カオス理論を用いた風速の短期予測" ファジィ建築土木応用シンポジウム,日本ファジィ学会. 4. 83-92 (1997)

Hitoshi Furuta 等 3 人：“利用混沌理论进行风速的短期预测”模糊建筑和土木工程应用研讨会，日本模糊学会 4. 83-92 (1997)。