第1章 绪论 1
1.1 工程环境问题的提出 1
1.1.1 实际工程的需要 1
1.1.2 理论上的需要 3
1.1.3 工科大学交叉学科建设的需要 6
1.2 工程环境概念与工程生态观 7
1.2.1 工程环境外部因素 8
1.2.2 工程环境的基本概念与特性 8
1.2.3 工程生态观 10
1.3 实际工程控制技术典型实例 13
1.3.1 高层建筑抗震抗风自动控制 13
1.3.2 斜拉桥与悬吊桥抗风控制装置 14
1.3.3 可开合式空间结构 15
1.3.4 水利工程控制技术 16
1.3.5 太阳能建筑新技术 18
1.3.6 智能建筑与环境系统技术 19
1.4 工程环境效应控制技术的应用前景 21
主要参考文献 27
第2章 工程环境控制理论基础 28
2.1 工程环境观测技术与分析方法 28
2.1.1 环境作用的基本性质与类型 29
2.1.2 观测试验技术 31
2.1.3 数据关系与分析方法的提示 33
2.2 功能分析与三元系统模型 38
2.2.1 功能分析与系统思路 38
2.2.2 三元系统模型 41
2.2.3 工程系统的四个基本要素 42
2.3 有控制作用时的可靠性分析方法 45
2.3.1 功能函数与可靠指标 45
2.3.2 有控制作用时的可靠指标计算公式 47
2.3.3 控制作用对可靠性的影响分析 49
2.3.4 有控制作用的结构功能设计问题 52
2.3.5 数字例 53
本节提示 55
2.4 广义环境容量定理与环境评估准则 56
2.4.1 广义环境承载能力 56
2.4.2 广义环境容量定理 59
2.4.3 环境与功能的关系 61
2.4.4 环境影响的评价准则 64
2.4.5 热环境舒适性功能评估准则 68
本节结语 70
2.5 广义工程环境控制动力学基本原理 70
2.5.1 动态平衡方程 70
2.5.2 基本控制方程 75
2.5.3 控制系统的综合问题 78
本节结语 79
2.6 “土柱”振动模型与基土振动控制原理 79
2.6.1 两类振源 79
2.6.2 “土柱”的振动方程 79
2.6.3 浅埋式大型地道的弯曲振动控制 82
本节结语 87
本章结语 87
主要参考文献 87
第3章 工程环境自动控制应用原理与控制算法 89
3.1 工程环境作用下的基本控制原理与特点 89
3.1.1 经典控制算法的应用原理 90
3.1.2 典型环境作用的描述方法 92
3.1.3 环境效应的叠加或迭加原理 94
3.1.4 复合控制原理 96
本节注记 99
3.2 补偿控制、虚拟反馈及被动控制 99
3.2.1 环境作用下控制的偏差／误差 99
3.2.2 闭环系统补偿控制 102
3.2.3 开环系统补偿控制 103
3.2.4 虚拟反馈的提出 105
3.2.5 被动控制或混合控制的新理念——节能控制 106
本节结语 108
3.3 参数控制原理与方法 109
3.3.1 参数控制的基本概念与控制模式 109
3.3.2 参数控制模式 112
3.3.3 期望参数与参数控制函数的建立 115
3.3.4 留数定理与留数法的应用 117
3.3.5 根轨迹法的应用 122
本节注记 124
3.4 频率法分析与综合 124
3.4.1 广义频率特性提示 125
3.4.2 频率传递函数与波德图 127
3.4.3 期望频率特性综合法 129
本节注记 133
3.5 数值仿真技术的应用 133
3.5.1 按环节离散化仿真模型 133
3.5.2 按状态空间方程离散化仿真模型 135
3.5.3 工程结构抗震控制离散化仿真 137
3.5.4 在线控制原理与在线算法 141
3.5.5 关于计算机应用的“环境”问题 144
本节注记 146
3.6 参数辨识与估计的方法 146
3.6.1 ID技术在工程环境控制领域的特点与意义 147
3.6.2 线性与非线性辨识模型 149
3.6.3 卡尔曼滤波估计方法 151
本节注记 154
本章结语 154
主要参考文献 154
第4章 结构控制动力学基础 156
4.1 复模态分析与模态识辨理论基础 156
4.1.1 传统实振型分析法 157
4.1.2 近代阻抗法 158
4.1.3 控制动力学——共轭极点方法 159
4.1.4 模态识辨的理论基础 160
4.1.5 综合述评 162
4.2 多自由度体系反共振控制原理 164
4.2.1 反共振方程与矩阵解法 164
4.2.2 修正反共频率与广义零点的关系 170
4.2.3 带TMD/STMD多自由度系统的修正反共振频率 178
4.2.4 反共振控制的共轭零点校正与设计准则 191
本节小结与讨论 195
4.3 极点配置与模态控制算法 196
4.3.1 桥梁在移动荷载下的竖向振动控制方程 196
4.3.2 极点配置的设计方法 200
4.3.3 带观测器时的反馈控制设计 205
4.3.4 复模态控制的基本原理 211
4.3.5 关于模态综合-控制方法的讨论 216
4.4 主动性反共振控制算法 219
4.4.1 等效极点配置的闭环输出控制算法 219
4.4.2 开环模态控制算法 220
4.4.3 开环补偿控制算法 225
4.4.4 地震作用的卓越频率估计与分析 226
4.4.5 带TMD主动性开环模态控制数字例 229
本节提示 231
本章结语 232
主要参考文献 232
第5章 鲁棒性控制与H∞/H2优化理论的应用原理 234
5.1 鲁棒性与鲁棒控制概论 234
5.1.1 关于范数与摄动的基本知识 235
5.1.2 鲁棒稳定性的概念与分析 239
5.1.3 多变量系统鲁棒性的奇异值判定法 244
5.1.4 鲁棒性的应用研究意义 247
5.2 H∞优化控制理论的应用原理与方法 248
5.2.1 H∞优化方法的理论基础 249
5.2.2 综合灵敏度的表示方法 253
5.2.3 参数摄动的灵敏度校正方法 260
本节注记 265
5.3 MDOF系统极点配置的鲁棒设计方法 265
5.3.1 问题的提出 265
5.3.2 MDOF系统的摄动界限与鲁棒性判据 266
5.3.3 闭环极点配置的鲁棒设计方法 271
本节注记 273
5.4 开环模态控制的摄动机制与鲁棒设计 274
5.4.1 剩余模态引起的摄动机制 274
5.4.2 摄动矩阵分析与综合的方法 275
5.4.3 频率摄动及其鲁棒设计准则 285
本节的初步结论 292
5.5 反共振控制的频率摄动及其鲁棒设计准则 293
5.5.1 参数摄动对反共振频率的影响 293
5.5.2 反共振频率与同阶共振频率的最小间隔准则 294
5.5.3 反共振控制设计频率的鲁棒性准则 296
5.5.4 STMD/TMD的频率设计 299
本节注记 303
5.6 数字例验证与讨论 304
5.6.1 B类振源下汽车构架的参数摄动与被动控制 304
5.6.2 A类振源下高层结构的剩余模态摄动与TMD控制 309
5.6.3 TMD的自振频率的修正设计 314
本章结语 318
主要参考文献 318
第6章 结构混合控制技术的综合研究 320
6.1 结构控制技术的应用开发及其意义 320
6.1.1 对已有应用基础研究成果的基本评价 320
6.1.2 应用开发研究概况 322
6.1.3 对现有结构控制方法的基本评价 323
6.1.4 多目标开发的可能性与积极意义 326
本节结语 328
6.2 结构抗震主动性控制的可行性问题 328
6.2.1 问题的提出 328
6.2.2 主动控制力的数量级 329
6.2.3 主动控制力的产生问题 330
6.2.4 主动控制的能源可靠供应问题 330
6.2.5 被控结构的时滞响应问题 331
6.2.6 主动控制的经济效益问题 332
6.2.7 结构控制的可靠性问题 333
综合性结论 333
6.3 结构振动自动液压蓄能混合控制研究 334
6.3.1 基本阀-缸控制系统的一般性质 334
6.3.2 自动蓄能控制系统的特点 336
6.3.3 传力机构类型及其分析 339
6.3.4 “蓄能-伺服”控制单元系统的运动方程 343
6.3.5 实际结构设备性控制的实现途径 347
本节结论 350
6.4 抗震在线主动-被动控制算法与误差仿真 350
6.4.1 在线微机主动控制震动的原理 351
6.4.2 闭环主动-被动控制的预报控制在线算法 353
6.4.3 误差综合分析与仿真模型 356
6.4.4 结构抗震混合控制的实现条件 359
6.5 主动性控制隔震 359
6.5.1 被动隔震的频率匹配问题 360
6.5.2 有拉力约束装置的被动隔震 363
6.5.3 主动控制隔震的构想 363
6.5.4 带隔震层的MDOF系统的频率重分布 366
本节提示 367
本章结语 368
主要参考文献 368
第7章 工程环境控制应用导论 371
7.1 工程结构减振降荷控制的应用模式 372
7.2 蓄能-伺服控制利用的应用模式 373
7.3 参数控制应用模式 374
7.4 微观环境理论及其应用模式 375
本书结语 377