Science & Technology Development, Vol 11, No.12 - 2008

Trang 112 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA HỆ CẢN MA SÁT BIẾN THIÊN
VỚI CÔNG TRÌNH CHỊU TẢI TRỌNG ĐỘNG ĐẤT
Phạm Nhân Hòa
(1)
, Chu Quốc Thắng
(2)

(1)Chương trình EMMC,(2)Trường Đại học Quốc Tế, ĐHQG-HCM
(Bài nhận ngày10 tháng 01 năm 2007, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 05 tháng 05 năm 2008)
TÓM TẮT: Sự bổ sung của hệ cản ma sát biến thiên (VFD-Variable Friction Damper)
đối với sự giảm dao động cho công trình chịu tải trọng động đất thường đòi hỏi thuật toán
điều khiển bán chủ động thật hiệu quả. Chính vì vậy, bài báo đưa ra thuật toán để điều khiển
hệ cản ma sát biến thiên trong mô hình không gian trạng thái, thuật toán này đề cập đến việc
xác định lực ma sát biến thiên thông qua l
ực kẹp biến thiên. Các ví dụ so sánh sự hiệu quả
giữa hệ cản ma sát được điều khiển bị động và hệ cản ma sát biến thiên được điều khiển bán
chủ động được đưa ra trong phần ví dụ số, các kết luận sơ bộ về các ưu và khuyết điểm của
việc sử dụng hệ cản ma sát biến thiên cũng được đưa ra
ở cuối bài báo.
1. GIỚI THIỆU
Do ưu điểm nổi bậc của hệ cản được điều khiển bán chủ động là sự hiệu quả giảm đáp ứng
lớn hơn nhiều so với hệ cản bị động và cần năng lượng cung cấp cho các thiết bị điều khiển là
ít hơn so với điều khiển chủ động, nên
điều khiển bán chủ động được sử dụng rộng rãi hơn.
Hơn nữa, thuật toán dùng để điều khiển chủ động cũng là thuật toán dùng trong điều khiển bán
chủ động, thuật toán điều khiển chủ động chỉ dừng lại trong việc xác định trực tiếp lực điều
khiển kết cấu (u), trong khi đó, đối với đi
ều khiển bán chủ động, ngoài việc xác định u thì ta

quan hệ sau [1]:
()
(
)
33
4
pre
EAd V t
Nt N
h
=+
(1)
trong đó:
pre
N
là lực ma sát được đặt trước trong hệ cản ma sát; E = mô đun đàn hồi
Young của vật liệu áp điện; A = diện tích mặt cắt ngang của lớp vật liệu; h = bề dày mỗi lớp
vật liệu áp điện;
33
d
=hệ số biến dạng của lớp vật liệu áp điện;
( )
Vt
= điện thế cung cấp vào
vật liệu áp điện để gây ra biến dạng.
TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 11, SỐ 12 - 2008

Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang 113
Khi kết cấu chịu động đất, phương trình chuyển động của kết cấu được mô tả trong không
gian véctơ trạng thái như sau [2]:

được tìm theo công thức sau:
() ()
ˆ
ˆ
sgn
i
ii
i
u
Nt ut
μ
⎡⎤
=
⎣⎦
(3)
với:
() ()
ˆ
ˆ
tt
=u F.C.z
(4)
trong đó,
ˆ
u
và
ˆ
F
lần lượt là vector lực điều khiển và ma trận chứa thuật toán điều khiển
kết cấu.

F
có thể là luật điều khiển tổng quát bất kỳ của hệ điều khiển bán
chủ động. Trong bài báo này,
ˆ
F
được xác định theo mô hình điều khiển sử dụng trực tiếp dữ
liệu đầu ra như sau [4] :
( ) ( )
1
1
22
ˆ
diag
i
λ
−
−
⎡⎤
=Φ −Φ Φ
⎣⎦
2c c c
c
FB . A. .C.
(5)
trong đó:
( )
diag
i
λ
c

1
kkkk
+=
ddd
z A .z + B .u + E .w
(6)
trong đó:
( )
.1.
;;
tt
ee
Δ−Δ
==−
AA
dd
ABAIB
( )
1.
t
e
−Δ
=−
A
d
EA IE
;
.
tkt
=Δ

b
k k kN cm
==
, tham số điều khiển
ζ
được lấy lần lượt: 0.15; 0.30; 0.4. Tần số
góc điều khiển trong công thức (11) được lấy bằng tần số góc riêng của kết cấu:
( )
/ 24.491 /
km rads
ω
==
. Các điều kiện ban đầu của kết cấu:
( )()
000
xx
==
&
. Tải
động đất:
( ) ( )
( )
2
0.5 sin 2 / ,
wt g t m s s
π
=
với
( )
2

x 10
4
Chuye n vi (m)
Luc dieu khien (N)

-0.04 -0.02 0 0.02 0.04
-3
-2
-1
0
1
2
3
x 10
4
Chuyen vi (m)
-0.04 -0.02 0 0.02 0.04
-3
-2
-1
0
1
2
3
x 10
4
Chuye n vi (m)
Hình 2.
0.15
ζ

kg
⎡⎤
⎢⎥
⎢⎥
⎢⎥
⎣⎦
=×
s
M

5
8.6979 2.8402 0
.
2.8402 4.3796 1.5394 10
0 1.5394 1.5394
Ns
m
⎡⎤
⎛⎞
⎢⎥
⎜⎟
⎢⎥
⎝⎠
⎢⎥
⎣⎦
−
=− − ×
−
s
D ;

trọng. Lực điều khiển trong trường hợp điều khiển bị động được lấy theo tham số
0
0.1r
N
W
μ
==
hay u

500kN (
W
: trọng lượng tầng I).
Science & Technology Development, Vol 11, No.12 - 2008

Trang 116 Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0
200
400
600
800
1000
PGA (g)
Luc dieu khien (kN)
passive
zeta=0.15
zeta=0.30
zeta=0.45

Hình 5.Lực điều khiển lớn nhất

2
4
6
8
PGA (g)
Chuyen vi (cm)
passive
zeta=0.15
zeta=0.30
zeta=0.45

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0
0.5
1
1.5
2
2.5
PGA (g)
passive
zeta=0.15
zeta=0.30
zeta=0.45

Hình 8.Chuyển vị lớn nhất tầng III Hình 9.Chuyển vị trung bình tầng III
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0
2
4
6