一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法。基于该控制方法的模糊控制器用于建立结构的地震响应和磁流变阻尼器的输入电压之间的关系，前者是模糊控制器的输入，后者是模糊控制器的输出。由于模糊控制器的参数选依赖于专家经验，这给模糊控制器的设计带来了困难，为此本发明利用改进的蛙跳算法自适应地优化模糊控制器的各种参数，包括隶属函数的参数、模糊规则和输入量化因子，从而保证优化之后的模糊控制器能够为磁流变阻尼器提供优越的电压值，进而使得磁流变阻尼器对地震中的建筑物提供最优的阻尼力。本发明不仅可以提高控制系统的有效性和稳定性，而且能够确保减震的效果。
【专利说明】一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，属于结构减震领域，尤其是利用磁流变阻尼器进行结构振动的模糊控制领域，也涉及模糊控制器的智能设计领域。
【背景技术】
[0002]当前结构工程师所面临的挑战之一是如何有效地保护建筑物免受损害，尤其是当建筑物遭受到地震和强风时。因为无数事实证明这种损害很可能导致人员伤亡和巨大的经济损失。磁流变阻尼器作为一种半主动控制装置，由于兼具了被动控制系统的高度可靠性、低能耗需求和主动控制系统的高度适应性等优点，在近些年已经备受关注。此外，磁流变阻尼器的优势还体现在制造和维修成本相对较低、可以提供大的阻尼力和宽的动态范围等方面。目前已有大量的实验和理论研究都验证了它的减振性能。然而，由于磁流变阻尼器内在的非线性特点，使得设计适合的能充分发挥其性能的控制方法成为一大难题。
[0003]由于模糊控制理论能够有效、稳定、简便地处理非线性、不确定性和启发式知识等问题，已经受到科研人员和工程师们的青睐。目前虽然已有对磁流变阻尼器进行模糊控制的方法，但模糊控制方法本身依赖于专家经验，即模糊控制器的参数需要预先给定。因为设计能充分发挥磁流变阻尼器性能的模糊控制器也是一项非常复杂的工作，尤其当一个高层建筑物需要安装多个阻尼器时，此时要设计的是一个更加复杂的具有多输入多输出系统的模糊控制器。
[0004]目前，利用进化算法对模糊控制器进行优化已成为模糊控制器设计的趋势之一。前人有利用遗传算法(例如参见中国专利201210012197.1)、粒子群算法和遗传蚁群算法(例如参见中国专利201010193427.X)等智能方法优化模糊控制器的先例。蛙跳算法由Eusuff和Lansey于2002年提出，它兼具了文化基因算法和粒子群算法的优点，是一种最新的且富有生命力的进化算法。至今为止，蛙跳算法已经成功用于解决水资源分配网络、车间调度和旅行商等问题。蛙跳算法由于全局搜索和局部搜索同时进行，使得搜索不易限于局部解，是解决模糊控制器参数的优化问题的良好途径。目前国内尚未有有关利用蛙跳算法优化模糊控制器的报道，虽然国外已有一篇利用蛙跳算法优化模糊控制器的文献，但该控制器是用于控制球杆系统，且仅有模糊控制器的隶属函数和量化因子得到优化，由此优化效果比较有限。
【发明内容】
[0005]本发明提供的是一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，实现模糊控制器各主要参数(包括隶属函数、模糊规则和量化因子)的优化配置，从而使优化后的模糊控制器能够充分发挥磁流变阻尼器的性能，最终实现对建筑物有效减震的目的。
[0006]本发明的特征在于:一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征是，包括下列步骤:[0007]首先对安装有磁流变阻尼器的建筑物施加地震波激力，将所产生的楼层响应输入到模糊控制器中；
[0008]然后将模糊控制器决策变量的选择转化为改进蛙跳算法适用的组合优化问题，并对决策变量进行编码以及随机产生η个个体组成的初始种群，同时建立合适的控制结构响应的多目标函数以及确定改进蛙跳算法的参数设置；
[0009]接着利用改进蛙跳算法随机搜索优化模糊控制器的决策变量，优化的模糊控制器根据输入做出响应，即输出控制电压，将该控制电压作为磁流变阻尼器的输入，阻尼器则会对建筑物提供响应的阻尼力；
[0010]建筑物在阻尼力和地震波同时作用下产生新的结构响应，反复上述过程，实现模糊控制器参数的自适应调整，直到满足优化算法的收敛条件为止，从而得到最优的模糊控制器。
[0011]其中，采用实值编码和非实值编码混合的方法；其中，原始蛙跳算法所采用的跳跃方式只适用于实值编码，而改进蛙跳算法的新跳跃方式适用于非实值编码，即采用随机二进制序列评判法，其具体为:
【权利要求】
1.一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征是，包括下列步骤: 首先对安装有磁流变阻尼器的建筑物施加地震波激力，将所产生的楼层响应输入到模糊控制器中； 然后将模糊控制器决策变量的选择转化为改进蛙跳算法适用的组合优化问题，并对决策变量进行编码以及随机产生η个个体组成的初始种群，同时建立合适的控制结构响应的多目标函数以及确定改进蛙跳算法的参数设置； 接着利用改进蛙跳算法随机搜索优化模糊控制器的决策变量，优化的模糊控制器根据输入做出响应，即输出控制电压，将该控制电压作为磁流变阻尼器的输入，阻尼器则会对建筑物提供响应的阻尼力； 建筑物在阻尼力和地震波同时作用下产生新的结构响应，反复上述过程，实现模糊控制器参数的自适应调整，直到满足优化算法的收敛条件为止，从而得到最优的模糊控制器。
2.如权利要求1所述的一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征在于:采用实值编码和非实值编码混合的方法;其中，原始蛙跳算法所采用的跳跃方式只适用于实值编码，而改进蛙跳算法的新跳跃方式适用于非实值编码，即采用随机二进制序列评判法，其具体为:
3.如权利要求1所述的一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征在于:该模糊控制器的决策变量有三类，分别是隶属函数、模糊规则和量化因子。
4.如权利要求2所述的一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征在于:改进蛙跳算法中还引入了倒序变异操作，即在模因中代表三类决策变量的三段编码中分别随机选取若干个连续编码进行倒序。
5.如权利要求4所述的一种基于改进蛙跳算法的磁流变阻尼控制方法，其特征在于:所述的模糊控制器利用改进蛙跳算法和模糊逻辑理论相结合的方法设计，且模糊控制器是一个多输入多输出系统。
【文档编号】G05B13/04GK103809458SQ201410076289
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2014年3月4日 优先权日:2014年3月4日
【发明者】陈淑梅, 林秀芳 申请人:福州大学