[发明专利]基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统及控制方法

权利要求书

1.基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，由摩擦摆减隔震部分和控制部分组成，其特征在于摩擦摆减隔震部分包括上柱（1-1）、下柱（1-2）、电磁铁（1-3）、压力传感器（1-4）、位移传感器（1-5）、基础（1-6）、摩擦摆支座（2）、控制部分（3），摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震装置，是由上盖板（2-1）、下盖板（2-2）、滑动曲面（2-3）、滑块（2-4）、限位块（2-5）构成；控制部分（3）是一种基于PSO智能算法的控制单元；摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-6）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2-4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分（3）；控制部分（3）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁铁，从而控制电磁铁（1-3）工作；两个电磁铁（1-3）分别放入上盖板（2-1）和下盖板（2-2）中，当控制部分（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X。

2.根据权利要求1所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，其特征在于：所述的摩擦摆支座（2）为单一摩擦摆支座，滑动面采用不锈钢材料制成的下凹形圆弧形曲面；滑块底部与滑动面具有相同的曲率半径，并且在上下盖板设置电磁铁。

3.根据权利要求1所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统，其特征在于：控制部分（3）为智能控制单元，压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）与其相连，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）能接收到信号，并将信息数据传输到控制部分（3）；控制部分（3）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力，然后反馈给电磁装置，从而控制电磁铁（1-3）工作。

4.基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统的控制方法，其特征在于，其步骤为：

步骤（1）当地震时，结构发生结构响应，此时摩擦摆工作，安装在滑动块上的压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）接受信号；

步骤（2）压力传感器（1-4）和位移传感器（1-5）将信息数据传输给控制部分（3）；

步骤（3）控制部分（3）中连接的计算机数据处理器对传感器传来的信息数据经过PSO-LQR智能算法计算后得到最优控制力；

步骤（4）将计算机数据处理器计算得到的最优控制力通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，从而控制电磁铁（1-3）工作；

步骤（5）当控制部分（3）判断电磁铁（1-3）工作时，通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X，保证了安全值，使摩擦摆支座（2）安全工作。

5.根据权利要求4所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统的控制方法，其特征在于：引入了用于优化问题的PSO算法来对LQR控制器的参数进行优化选取，利用粒子群算法的全局搜索优化得到最佳的Q与R矩阵，保证新型摩擦摆半主动隔振系统既能够高效的运行又可以得到最优解，最终达到全局最优控制。

6.根据权利要求4所述的基于PSO算法的摩擦摆半主动隔震系统的控制方法，其特征在于：LQR控制器加权矩阵优化过程为：

分步骤（1）初始化粒子群，包括群体规模N，每个粒子的位置xi和速度vi；

分步骤（2）计算每个粒子的个体最优值q和适应度值r，通过上述推导过程得到最优控制反馈增益矩阵，然后通过Simulink仿真得到系统的性能指标，输出适应度函数值；

分步骤（3）寻找出最佳适应度函数值，判断程序是否满足误差足够好或达到最大循环次数的终止条件，若满足终止条件，并得到最优解，否则跳至分步骤（4）；

分步骤（4）粒子群更新操作，进行交叉，产生新的粒子群，跳至分步骤（2）继续计算。