Active Control of Structures

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出版者:Wiley
作者:Andre Preumont
出品人:
页数:312
译者:
出版时间:2008-12-15
价格:USD 130.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780470033937
丛书系列:
图书标签:
  • Adaptronik
  • 结构控制
  • 主动控制
  • 振动控制
  • 土木工程
  • 机械工程
  • 智能结构
  • 模态分析
  • 自适应控制
  • 减振
  • 结构健康监测
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具体描述

With Active Control of Structures, two global pioneers present the state-of-the-art in the theory, design and application of active vibration control. As the demand for high performance structural systems increases, so will the demand for information and innovation in structural vibration control; this book provides an effective treatise of the subject that will meet this requirement. The authors introduce active vibration control through the use of smart materials and structures, semi-active control devices and a variety of feedback options; they then discuss topics including methods and devices in civil structures, modal analysis, active control of high-rise buildings and bridge towers, active tendon control of cable structures, and active and semi-active isolation in mechanical structures. Active Control of Structures: Discusses new types of vibration control methods and devices, including the newly developed reduced-order physical modelling method for structural control; Introduces triple high-rise buildings connected by active control bridges as devised by Professor Seto; Offers a design strategy from modelling to controller design for flexible structures; Makes prolific use of practical examples and figures to describe the topics and technology in an intelligible manner.

结构动力学与智能控制前沿技术综述:面向复杂系统韧性提升的理论与应用 图书名称:结构动力学与智能控制前沿技术综述:面向复杂系统韧性提升的理论与应用 内容提要: 本书旨在全面、深入地探讨当代土木、机械、航空航天等工程领域中,结构动力学、振动控制以及前沿智能控制技术交叉融合的前沿研究方向与工程应用。本书聚焦于如何利用先进的理论模型和控制策略,应对日益复杂的外部环境激励(如强震、大风、地面振动、冲击载荷等)以及结构自身的老化和损伤,从而大幅提升关键基础设施和复杂机电系统的运行安全性和长期韧性。全书内容紧密围绕“理论创新—模型建立—关键技术—实际工程示范”的逻辑链条展开,力求为研究人员、工程师以及高年级研究生提供一个系统化、前瞻性的技术参考手册。 第一部分:结构动力学基础与多尺度建模 本部分将回顾并深化结构动力学的基础理论,重点关注复杂非线性、时变系统的建模挑战。 第一章:高级振动理论与随机动力学分析 本章深入探讨了连续体系统(如梁、板、壳)在非线性本构关系下的动力学响应。内容涵盖了几何非线性和材料非线性耦合效应的分析方法,特别是莫尔-寇廷根方程组在结构振动问题中的应用。此外,随机动力学部分将超越传统的高斯白噪声假设,详细介绍Lévy过程、脉冲随机激励在模拟极端环境载荷(如地震中的近断层效应、风致脉冲载荷)中的精确建模技术。引入概率密度演化方法(PDEM)和高阶矩分析,用于评估结构在高频和低频不确定性载荷下的可靠性指标。 第二章:多物理场耦合与多尺度结构建模 针对现代工程结构日益复杂的材料体系和服役环境,本章专注于多物理场耦合的动力学建模。重点讨论热-力-电-磁四场耦合下的智能材料(如压电材料、形状记忆合金)的本构关系及其在结构振动抑制中的潜力。在尺度方面,详细阐述了从分子动力学(MD)到有限元法(FEM)的介尺度桥接技术。特别是,介绍了如何利用粗化网格技术和基于物理信息神经网络(PINNs)的混合方法,高效地捕捉材料微观结构演化对宏观动力学行为的影响。 第二章:损伤识别与健康监测(SHM)的先进方法 本章探讨了基于信息熵、混沌理论和机器学习的结构损伤早期识别技术。传统基于模态参数的识别方法面临环境耦合和局部损伤难以捕捉的局限性。本章引入时频分析技术(如经验模态分解EMD、Wavelet包分解)与拓扑数据分析(TDA)相结合,用于构建高维特征空间,实现对微小损伤的鲁棒识别。重点分析了分布式光纤传感(DFOS)技术获取的超大规模数据流处理和特征提取算法。 第二部分:前沿振动抑制与控制系统理论 本部分聚焦于从理论到实践的先进振动控制策略,涵盖无源、半主动和主动控制系统的最新进展。 第三章:无源与基于能量的方法 无源控制依然是工程应用中最可靠的手段。本章深入研究局域共振吸振器(LRAs)的设计优化,特别是如何利用非线性耦合效应拓宽其有效抑制带宽,并结合拓扑优化设计高效的阻尼结构。对于大跨度结构,重点讨论了耗能支撑(BRBs)和粘滞阻尼器的非线性本构模型校准及其在多目标抗震设计中的作用。 第四章:半主动控制系统的智能化与鲁棒性 半主动控制因其低能耗和高可靠性成为研究热点。本章侧重于磁流变(MR)阻尼器和电磁阻尼器的精确建模与控制。控制算法层面,重点介绍自适应滑模控制(ASMC)在处理MR元件不确定性和外部激励变化时的鲁棒性增强方法。此外,探讨了基于最优控制理论(LQR/LQG)的状态估计器设计,用以在传感器信息不完整的情况下实现最优半主动力分配。 第五章:智能与自适应控制策略 本章进入更高级别的控制理论,特别关注如何将人工智能技术融入反馈回路。详细阐述了基于强化学习(RL)的结构控制器的设计。区别于传统的在线学习,本章强调离线策略预训练与在线安全修正机制相结合,以确保控制决策在真实系统中的工程可行性与安全性。内容还包括模糊逻辑控制在处理系统多模态响应和非平稳激励下的自适应切换机制研究。 第三部分:复杂工程系统中的应用与集成 本部分将前述的理论和控制技术应用于具体的、具有挑战性的工程实例中,强调系统集成和全寿命周期管理。 第六章:面向极端载荷的韧性与快速恢复设计 韧性(Resilience)已成为现代工程目标。本章探讨了如何设计具有快速自复位能力的结构系统。重点研究预应力可更换耗能单元(如形状记忆合金连接件)的动态响应特性和损伤后的快速部署策略。在地震工程应用中,对比了基于性能点(Performance Point)的控制目标设定与基于实时反馈的损伤容忍度评估的控制策略差异。 第七章:轨道交通与高速旋转机械的振动控制 针对高速列车、风力发电机等旋转机械系统,本章关注主动/半主动隔振技术。针对轨道交通,讨论了车-轨耦合系统的振动传递模型,以及如何利用主动质量阻尼器(AMD)抑制车厢的低频振动。在风力机领域,重点分析了变桨/变倾角控制与主动阻尼控制的协同作用,以减轻叶片颤振和塔筒疲劳载荷。 第八章:先进传感网络与边缘计算在控制中的集成 本章探讨了构建“感知-决策-执行”闭环系统的工程实现。重点讨论了分布式边缘计算架构在结构健康监测数据预处理中的应用,如何通过低延迟的本地计算实现近实时的控制律更新。此外,分析了无线传感器网络(WSN)在功耗约束下实现高可靠数据传输的MAC层协议优化方法,确保控制信号的及时性和准确性。 结语: 全书内容强调理论的严谨性与工程应用的前瞻性,力求展现结构动力学与智能控制领域向着更高可靠性、更强环境适应性和更低全寿命周期成本迈进的清晰路径。

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用户评价

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这本书的封面设计相当朴实,没有过多花哨的元素,这让我一开始对内容产生了些许疑虑。然而,当我翻开第一页,便被其严谨的逻辑和清晰的结构所吸引。作者似乎非常擅长将复杂的工程概念分解成易于理解的部分。序言部分就奠定了一种深入探讨的基础,让人期待作者能够引领我们穿梭于结构的动态响应世界。虽然这本书的题目直接点明了“主动控制”这一领域,但我更关注的是它是否能提供一些关于如何系统性地思考结构行为、以及在何种条件下引入主动控制会是最优解的见解。特别是对于像我这样,在结构抗震设计领域摸索多年的工程师来说,能够找到一些超越传统消能减震技术的新颖思路,或者能够将理论与实际工程案例紧密结合的分析方法,将会非常有价值。我尤其希望能在这本书中找到关于如何量化主动控制系统在不同地震工况下的性能提升,以及在实际部署中可能遇到的挑战和相应的解决方案。例如,关于控制算法的鲁棒性、执行器的响应速度和可靠性、以及传感器网络的布局和精度等问题,都是我在工作中经常思考但又缺乏系统性指导的方面。如果这本书能够提供一些权威的分析框架和实际工程应用的指导,那将是莫大的福音。

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这本书的结构设计相当精巧,从宏观的理论框架到微观的具体算法,层层递进,引人入胜。作者在开篇就提出了一个关于“结构健康监测与主动控制协同作用”的前瞻性概念,这让我对其后续内容的展开充满了好奇。我尤其对书中关于“智能结构”和“自适应控制”的讨论部分非常感兴趣。在我看来,未来的结构设计趋势必然是向着更加智能化和自主化的方向发展,而这本书无疑为我提供了这方面的理论基础和技术启示。书中关于如何设计能够实时感知环境变化并相应调整自身性能的结构系统,以及如何利用先进的传感器技术来获取高精度的数据,是我非常关注的重点。尽管我目前的研究方向主要集中在材料的设计和性能评估上,但这本书所展示的先进控制理论和方法,无疑能为我的材料研发提供新的思路和应用场景。我希望书中能进一步探讨如何将新型智能材料集成到主动控制系统中,以实现更高效、更节能的结构响应。

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对于我而言,这本书的吸引力首先体现在其对结构系统性思维的强调。它并非仅仅停留在解决单一问题,而是着眼于整个结构的生命周期和多种可能工况下的整体响应。作者在引言部分就提出了一个非常发人深省的观点:理解结构的内在动力学特性是实现有效主动控制的前提。这一点我深以为然,因为很多时候,我们之所以在被动减震方面遇到瓶颈,恰恰是因为对结构自身的响应机制了解不够深入。书中关于模态分析和频域响应的讲解,对我理解结构的固有频率和阻尼比这些基本概念有了更清晰的认识。我特别希望书中能够涵盖一些关于如何利用结构自身特性来优化主动控制策略的内容,比如如何根据结构的模态信息来设计最优的控制器。另外,书中关于不同类型执行器(如磁流变阻尼器、压电驱动器等)的介绍,也让我对其各自的优缺点以及适用范围有了更直观的了解。虽然我从事的是偏向于材料科学的研究,但对结构动力学和控制理论的深入理解,无疑能为我的材料创新提供更明确的方向和目标,例如开发具有更好响应速度和能量耗散能力的智能材料。

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读完这本书,我深刻感受到作者在结构动力学领域深厚的造诣。它不仅仅是简单地罗列各种控制策略,而是从最基本的物理原理出发,层层递进,构建了一个完整的知识体系。初读时,我曾担心其理论性过强,可能会偏离工程实践,但事实证明我的担忧是多余的。作者巧妙地将抽象的数学模型与具体的工程问题相结合,使得理论的阐述既严谨又富有生命力。我特别欣赏的是书中关于模型选择和参数辨识的章节,这对于任何想要将理论应用于实际结构的工程师来说都至关重要。书中对不同类型阻尼器和隔震系统的比较分析也相当详尽,为我理解和选择合适的减震措施提供了宝贵的参考。此外,作者在探讨主动控制策略时,并没有止步于理论推导,而是花了大量篇幅讨论了这些策略在实际应用中可能遇到的困难,例如传感器噪声、执行器延迟以及计算资源的限制等等。这些细节的呈现,让我对工程实践中的复杂性有了更深的认识,也激发了我进一步探索如何设计更实用、更高效的主动控制系统的想法。这本书确实为我打开了一扇新的大门,让我对结构的安全性有了更全面、更深刻的理解。

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这本书在众多关于结构控制的著作中,独树一帜地展现了一种高度集成化的研究视角。作者不仅仅局限于单一的学科分支,而是将力学、控制理论、甚至部分信号处理的概念融会贯通,形成了一种多学科交叉的研究方法。这让我这个习惯于从单一领域深入探索的读者,看到了全新的研究路径。书中关于状态空间法和传递函数法的讲解,以及如何将它们应用于结构动力学建模,对我来说是极具启发性的。我特别期待书中能够提供一些关于如何建立高精度结构模型,以及如何根据实际监测数据来修正和优化这些模型的详细指导。例如,对于一座已建成的桥梁,如何通过现场试验来获取其动力学参数,并将其反馈到控制系统中,是一个非常实际的问题。书中对各种控制算法的比较分析,包括PID控制、LQR控制以及模型预测控制等,也让我对不同算法的适用性和局限性有了更深入的认识。我希望这本书能够为我提供更具体的操作指南,帮助我将这些理论知识转化为实际可行的工程应用。

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