NCREE-2013-001
時間 2013-04-30
標題 地震工程即時複合試驗技術之研究
作者 陳沛清蔡克銓
摘要
即時複合試驗結合了數值模擬與結構試驗兩種方法,基本原理與擬動態試驗相同,唯一不同的地方為此方法並不放慢實驗速度,試體在即時的狀態下運動,在數值模型取得試體反應後即運算出下一個步階位移,並驅動致動器施加目標位移於試體上,反覆進行至試驗結束。此方法可真實反應速度相依型構件在全結構下的真實受震行為。然而系統的時間延遲、致動器控制的精確度、試體與數值模型傳遞資料所需的時間,以及數值方法的運算速度與收斂性能等,皆為影響試驗結果的正確性,亦為相關研究人員極欲解決的問題。
本研究發展二階相位補償器以補償系統延遲,視為獨立於油壓致動系統的外迴圈控制器,並使用了適性控制理論,使此二階補償器能在實驗過程中自動調整其延遲常數,達成有效且即時的延遲補償。此外,為了修正量測位移與目標位移造成的誤差所導致的系統不平衡等效外力,本研究提出了補償恢復力器將此外力於下一個積分步進行修正。
本研究進行了數個即時複合試驗。應用於速度不相依型與速度相依型試體,實驗結果證明,本研究所提出的油壓致動器補償法,能夠得到穩定且準確的即時複合試驗結果。最後,為了更進一步改善致動器控制的精確度,本研究將適性控制理論應用於前饋與回饋控制器方法上,並以一個九層樓的抗彎構架進行即時複合試驗,其控制各樓層加速度反應的磁流變阻尼器由實驗即時控制並量測所得。實驗結果證明藉由適性控制理論的應用,改善了既有的前饋與回饋控制器方法,並提升了即時複合試驗結果的正確性。
此研究所開發的即時複合試驗技術,除了可提供國內研究人員進行地震工程研究的一種新方法,更可節省試體製作的成本,對於節能減碳與永續發展,有莫大的助益。
關鍵字 real-time hybrid testing, outer-loop control, dual-compensation, adaptive control, base-isolation system, MR damper, model-based control
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