Semiactive control systems have received considerable attention for protecting structures against natural hazards such as strong earthquakes and high winds, because they not only offer the reliability of passive control systems but also maintain the versatility and adaptability of fully active control systems. Among the many semiactive control devices, magnetorheological (MR) fluid dampers comprise one particularly promising class. In the field of civil engineering, much research and development on MR fluid damper-based control systems has been conducted since B. F. Spencer first introduced this unique semiactive device to civil engineering applications in mid 1990s. In 2001, MR fluid dampers were applied to the full-scale in-service civil engineering structures for the first time. This state-of-the-art paper includes a detailed literature review of control algorithms considering the characteristics of fm fluid dampers. This review provides references to semiactive control systems using MR fluid dampers. The MR fluid damper-based semiactive control systems are shown to have the potential for mitigating the responses of full-scale civil engineering structures under natural hazards.
Recent past work has demonstrated that hydraulic semiactive vibration absorbers hold the promise of providing an ideal means of mitigating structural vibration. This paper examines a factor that must be treated when designing a hydraulic semiactive vibration absorber for application to a full scale structure; fluid compressibility. An expanded and consistent dynamic model of the flow process is first established. A simple feedback control is then tested on a single degree of freedom laboratory structure to verify the findings.
Excessive stay cable vibrations can cause severe problems for cable-stayed bridges. In this paper a semiactive Magnetorheological (MR) damper is investigated to reduce cable vibrations. The control-oriented cable-damper model is first established; a computer simulation for the cable-damper system is carried out; and finally a MR damper is experimentally used to reduce the cable vibration in a laboratory environment using a semiactive control algorithm. Both the simulation and experimental results show that the semiactive MR damper achieves better control results than the corresponding passive damper.
Semiactive control systems have received considerable attention for protecting structures against natural hazards such as strong earthquakes and high winds, because they not only offer the reliability of passive control systems but also maintain the versatility and adaptability of fully active control systems. Among the many semiactive control devices, magnetorheological (MR) fluid dampers comprise one particularly promising class. In the field of civil engineering, much research and development on MR fluid damper-based control systems has been conducted since this unique semiactive device was first introduced to civil engineering applications in mid 1990s. In 2001, MR fluid dampers were applied to the full-scale in-service civil engineering structures for the first time. This state-of-the-art paper includes a detailed literature review of dynamic models of MR fluid dampers for describing their complex dynamic behavior and control algorithms considering the characteristics of MR fluid dampers. This extensive review provides references to semiactive control systems using MR fluid dampers. The MR fluid damper-based semiactive control systems are shown to have the potential for mitigating the responses of full-scale civil engineering structures under natural hazards.
This paper presents the results of a study to verify the sufficient control performance of semiactive tuned mass damper and to identify suitable control methods for semiactive tuned mass damper in structural vibration control. In this study, four control algorithms are considered: on-off displacement based groundhook, on-off velocity based groundhook, clipped optimal and maximum energy dissipation algorithm. For semiactive tuned mass damper, MR damper is considered as a controllable damping device and the command voltage is calculated by the control algorithms. Each of the control theory is applied to the three story shear building excited by three earthquakes. The performance of each algorithm is compared with that of conventional tuned mass damper system using evaluation criteria. The simulation results indicate that semiactive tuned mass damper has control efficiency. Among the control algorithms, on-off displacement based control theory shows the best efficacy and robustness.
지금까지의 여러 연구들에서 유압식 반능동 시스템은 적절하게 동작을 한다면 전능동 유압식 댐퍼 만큼의 구조물 진동저감 능력이 있음을 끊임없이 보여주고 있다. 이 논문에서는 축소 구조물에 설치된 반능동 시스템의 진동저감 성능을 기술하고 있다. 본 논문에서 제안한 시스템의 에너지를 소산시키기 위해 리아푸노브방법을 적용한 바이스테이트 제어의 효과를 수치적 및 실험적으로 입증한 결과들을 먼저 제시한다. 또한 바이스테이트 제어 성능을 다른 두 제어기와 비교 평가하였다. 이 연구결과를 통해 반능동 시스템은 구조물 진동저감에 저렴하면서도 효과적임을 보여준다.
Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Several methods have been proposed and implemented to mitigate this problem, though each has its limitations. Recently some studies have shown that semiactive dampers can potentially achieve performance levels nearly the same as comparable active devices with few of the detractions. This paper presents the results of a study to evaluate the performance of semiactive dampers for mitigating the vibration of stay cables. Moreover, a number of recently proposed semiactive control algorithms are formulated for use with shear mode MR damper to compare the efficiency of each algorithm through numerical simulation. Numerical simulation considers a stay cable excited by shaker and controlled by shear mode MR dampers. In simulation, the response with a semiactive damper is found to be dramatically reduced compared to the uncontrolled case. Furthermore, it is verified that the algorithm based on Lyapunov control theory is very efficient in mitigating the cable vibration.
A new semiactive control strategy for seismic response reduction using a neuro-controller and a magnetorheological (MR) fluid damper is proposed. The proposed control system adopts a clipped algorithm which induces the MR damper to generate approximately the desired force. The improved neuro - controller, which was developed by employing the training algorithm based on a cost function and the sensitivity evaluation algorithm replacing an emulator neural network, produces the desired active control force, and then by using the clipped algorithm the appropriate command voltage is selected in order to cause the MR damper to generate the desired control force. The simulation results show that the proposed semiactive neuro-control algorithm is quite effective to reduce seismic responses. In addition, the semi-active control system using MR fluid dampers has many attractive features, such as the bounded-input, bounded-output stability and small energy requirements. The results of this investigation, therefore, indicate that the proposed semi-active neuro-control strategy using MR fluid dampers could be effectively used for control of seismically excited structures.
This paper presents the LRB-based hybrid base isolation systems employing additional active/semiactive control devices for seismic protection of cable-stayed bridges by examining the ASCE first generation benchmark problem for a cable-stayed bridge. In this study, ideal hydraulic actuators (HAs) and ideal magnetorheological dampers (MRDs) are considered as additional active and semiactive control devices, respectively. Numerical simulation results show that all the hybrid base isolation systems are effective in reducing the structural responses of the benchmark cable-stayed bridge under the historical earthquakes considered. The simulation results also demonstrate that the hybrid base isolation system employing semiactive MRBs is robust to the stiffness uncertainty of the structure, while the hybrid system with active HAs is not. Therefore, the LRB-based hybrid base isolation system employing MRDs could be more appropriate in real applications for full-scale civil infrastructures.
The frequently excessive vibrations presented in civil structures during seismic events or service conditions may result in users' discomfort, or worst, in structures failure, producing economic and even human casualties. This work contributes in proposing the synthesis of a nonlinear optimal control strategy for semiactive structural control, with the main characteristic that the synthesis considers both the structure model and the semiactive actuator nonlinear dynamics, which produces a nonlinear system that requires a nonlinear controller design. The aim is to reduce the unwanted vibrations in the response of civil structures, by means of intelligent fluid semiactive actuator such as the Magnetorheological Damper (MRD), which is a device with a low level of power consumption. The civil structures for which the proposed control methodology can be applied are those admitting a state-dependent coefficient factorized representation model, such as buildings, bridges, among others. A scaled model of a three storey building is analyzed as a case study, whose dynamical response involves displacement, velocity and acceleration of each one of the storeys, subjected to the North-South component of the September 19th., 2017, Puebla-Morelos (7.1M), Mexico earthquake. The investigation rests on comparing the structural response over time for two different conditions: with no control device installed and with one MRD installed between the first floor and the ground, where a nonlinear optimal signal for the MRD input voltage is determined. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed controller for reducing the building's dynamical response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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