[发明专利]基于在线支持向量机的建筑结构地震反应智能控制设计方法

摘要

本发明公开了基于在线SVM的建筑结构地震反应智能控制设计方法，实施步骤为：一，选定结构模型，采集地震波，对结构进行地震反应分析，并代入LQG控制器，计算所需最优主动控制力。二，根据预定的控制水平，对结构每层安装若干MR阻尼器，视最优主动控制力为目标力来确定MR阻尼器参数，设计结构LQG MR阻尼器控制系统。三，建立结构-SA-SVM-MR阻尼器智能控制系统的核心模块，执行在线SVM的学习、训练、预测和控制功能。数值验证表明，智能控制系统比LQG MR阻尼器控制系统更有效。本发明解决了LQG MR阻尼器控制系统对结构加速度反应控制效果差或放大的问题，对结构加速度反应有好的控制效果；而且，随着结构楼层增多，智能控制系统对结构加速度反应的控制优势更明显。

主权项

一种基于在线支持向量机的建筑结构地震反应智能控制设计方法，其实施性步骤如下：第一步[如图1(a)所示]：选定建筑结构模型，采集输入到结构的地震波数据，并对结构进行地震反应分析。将结构地震反应代入线性二次型高斯(LQG)主动控制器，计算出该受控结构所需的最优主动控制力。第二步[如图1(a)所示]：根据建筑结构预定的地震反应控制水平，对多层及高层建筑结构的每个楼层安装若干个磁流变(MR)阻尼器，并利用第一步中计算出的最优控制力为目标力确定MR阻尼器的模型参数，设计结构半主动(SA)智能控制系统(即传统的结构‑MR阻尼器控制系统)。第三步[如图1(a)和(b)所示]：执行在线支持向量机(SVM)的学习、训练、预测功能，建立本发明的核心部分‑基于在线SVM的结构半主动智能控制系统(即结构‑SA‑SVM‑MR阻尼器控制系统)。结构‑SA‑SVM‑MR阻尼器控制系统是将LQG控制器与SVM控制器合并为一个系统，其具体工作流程[如图1(b)所示]阐述如下。通过状态监测器采集当前时刻的结构状态信息，并将状态数据传递至LQG控制器。LQG控制器中的Kalman滤波器通过获取结构部分状态数据实时地估计出结构某一时刻的全部状态信息，以确保LQG最优控制算法能够计算出最优控制力。LQG控制器中的反馈增益只使用在地震作用下结构控制的第一循环过程中，在SVM控制器得到可以训练的样本数据后，LQG控制器中的控制增益即退出工作。SVM控制器的主要作用为：预测结构在某一时刻反应发生后的结构最优主动控制力。以结构t时刻前100个时间点的控制力数据做为训练样本数据的移动取值窗口(不足100时，取该时刻前的所有数据)进行学习和训练，预测出结构t+2时刻的控制力。采用t+2时刻的预测最优主动控制力为目标通过半主动智能控制算法得到MR阻尼器所需要的控制力信号(t时刻)，实现结构的智能控制，并依次循环下去。