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第1章 动态系统及其重要特性39

1.1 动态系统的数学描述39

1.1.1 连续时间状态方程及其解39

1.1.2 离散时间状态方程及其解43

1.2 动态系统的稳定性44

1.3 线性定常系统的能控性50

1.3.1 系统的能控性50

1.3.2 系统能控性的判别方法50

1.4 线性定常系统的能观性51

1.4.1 系统的能观性51

1.4.2 系统能观性的判别方法52

1.4.3 线性系统能控性与能观性的对偶关系52

1.5 线性系统的传递函数53

2.1.1 状态反馈的系统极点配置56

2.1 线性定常系统的极点配置56

第2章 结构振动的主动控制算法56

2.1.2 输出反馈的系统极点配置58

2.2 线性二次型最优控制61

2.2.1 线性二次型（LQR）经典最优控制61

2.2.2 线性二次型Gauss（LQG）最优控制66

2.2.3 土木工程结构的最优控制问题67

2.3 线性定常系统的模态控制68

2.3.1 状态方程的模态控制68

2.3.2 运动方程的模态控制70

2.4 滑移模态控制71

2.4.1 滑移面设计71

2.4.2 滑移模态控制器设计73

2.5 H2和H∞控制算法75

2.5.1 H2和H∞范数75

2.5.2 H2和H∞控制算法77

2.6 采用不同控制算法的结构振动控制算例80

2.6.1 结构振动控制系统模型80

2.6.2 LQR控制算法81

2.6.3 LQG控制算法87

2.6.4 模态控制算法89

2.6.5 极点配置控制算法93

2.6.6 滑移模态控制算法95

第3章 结构振动的模糊控制98

3.1 模糊控制器的基本结构98

3.2 实测信息的模糊化方法103

3.3 模糊控制的基本推理方法106

3.3.1 模糊关系合成法106

3.3.2 特征展开推理法107

3.3.3 真值流推理法107

3.3.4 作用模糊子集推理法108

3.3.5 不同推理方法推理结果分析109

3.3.6 不同推理方法推理速度分析110

3.3.7 不同推理方法控制效果分析111

3.4 模糊控制规则提取方法1——基于结构振动模糊关系113

3.4.1 单自由度体系的运动方程与模糊关系113

3.4.2 模糊关系的建立114

3.4.3 控制规则提取115

3.4.4 结构振动的模糊控制仿真117

3.5 模糊控制规则提取方法2——基于结构振动特征响应分析118

3.5.1 计算模型119

3.5.2 模糊控制系统的结构119

3.5.3 模糊控制规则提取120

3.5.4 地震反应模糊控制的数值仿真123

3.6 模糊控制与LQR控制的比较124

第4章 结构振动的神经网络辨识与控制126

4.1.1 神经网络的逼近能力127

4.1 神经网络基本原理127

4.1.2 神经网络前馈建模的基本原理128

4.1.3 神经元的基本组成要素129

4.2 BP网络132

4.2.1 BP网络模型132

4.2.2 BP网络学习算法133

4.2.3 基于神经网络的系统模型辨识方法136

4.3 变结构BP网络137

4.3.1 隐层变结构算法137

4.3.2 输入层剪枝算法139

4.3.3 变结构BP网络算法步骤141

4.3.4 20层钢结构振动控制模型辨识141

4.4 Elman网络145

4.4.1 Elman网络的基本结构145

4.4.2 Elman网络的学习算法146

4.4.3 改进的Elman网络学习算法148

4.4.4 基于Elman网络的结构振动控制模型辨识149

4.4.5 变结构Elman网络学习算法153

4.4.6 基于变结构Elman网络的结构振动控制模型辨识154

4.5 双向模糊神经网络控制算法157

4.5.1 双向模糊神经网络的结构157

4.5.2 双向模糊神经网络的前向过程158

4.5.3 模糊控制算法的混合学习过程159

4.5.4 结构振动模糊神经网络控制仿真分析163

第5章 结构振动的模糊神经网络遗传优化控制168

5.1 遗传算法基本理论169

5.1.1 遗传算法的结构169

5.1.2 初始化编码、选择、交叉和变异方法170

5.2 模糊神经网络优化的遗传算法172

5.2.1 模糊神经网络结构172

5.1.3 遗传算法的实现步骤172

5.2.2 实数编码的遗传算法174

5.2.3 变长混合编码的遗传算法177

5.3 结构模糊神经网络遗传优化控制的仿真分析180

5.3.1 三层钢结构控制（实数编码）180

5.3.2 三层钢结构控制（变长混合编码）183

第6章 结构主动质量阻尼（AMD）控制系统186

6.1 AMD控制系统的减振机理与控制装置187

6.1.1 减振机理187

6.1.2 AMD控制装置的基本形式190

6.2 结构AMD控制系统的模型193

6.2.1 基本模型193

6.2.2 考虑AMD动力特性的系统模型199

6.2.3 考虑扭转振动的系统模型200

6.3 结构AMD控制系统的控制参数与系统参数分析202

6.4.1 试验系统207

6.4 结构AMD控制的试验系统与试验方法207

6.4.2 试验结果与分析210

6.5 渤海JZ20-2MUQ平台结构AMD控制系统设计、分析与试验211

6.5.1 平台结构设计参数与计算模型211

6.5.2 系统参数分析与设计215

6.5.3 冰振与地震反应分析216

6.5.4 AMD控制试验219

6.6 工程应用223

6.6.1 日本Otis Shibyama高层建筑AMD控制系统223

6.6.2 南京电视塔AMD控制系统231

第7章 结构主动变刚度控制系统236

7.1 结构主动变刚度控制的基本原理236

7.1.1 基本原理与力学模型236

7.1.2 控制系统的动力特性239

7.2 主动变刚度控制装置240

7.2.1 主动变刚度控制装置240

7.2.2 主动变刚度TMD装置241

7.2.3 被动变刚度控制装置242

7.3 结构主动变刚度控制算法与反应分析243

7.3.1 Bang-Bang（ON/OFF）控制算法244

7.3.2 其他控制算法246

7.3.3 结构主动变刚度控制系统的反应分析247

7.4 日本Kajima三层办公楼的主动变刚度控制系统252

第8章 结构主动变阻尼控制系统258

8.1 结构主动变阻尼控制原理258

8.1.1 基本原理258

8.1.2 控制系统的动力特性262

8.2 主动变阻尼控制装置与计算模型264

8.2.1 控制装置的基本构造264

8.2.2 控制装置的计算模型264

8.3.1 半主动控制算法269

8.3 结构主动变阻尼控制算法、反应分析和试验方法269

8.3.2 反应分析271

8.3.3 试验方法282

8.4 结构主动变阻尼控制系统的工程应用285

8.4.1 日本Kajima五层办公楼主动变阻尼控制系统286

8.4.2 美国Ⅰ-35桥梁结构主动变阻尼控制系统290

第9章 结构磁流变阻尼控制系统296

9.1 磁流变液及其装置的发展概况296

9.2 磁流变液303

9.2.1 流变机理303

9.2.2 本构关系304

9.2.3 制备306

9.3 磁流变液阻尼器及其力学特性309

9.3.1 平板间磁流变液流动的计算理论310

9.3.2 阻尼力计算模型313

9.3.4 阻尼力特性316

9.3.3 阻尼力参数影响316

9.3.5 200kN足尺磁流变液阻尼器性能试验319

9.4 磁流变液阻尼器的磁路设计与控制器设计322

9.4.1 磁路设计322

9.4.2 控制器设计324

9.5 结构振动的磁流变阻尼控制反应分析326

9.5.1 受控系统基本模型326

9.5.2 半主动控制算法328

9.5.3 结构磁流变阻尼控制的反应分析330

9.5.4 结构磁流变阻尼隔震的反应分析334

9.6 渤海JZ20-2MUQ平台结构磁流变阻尼隔振设计与分析340

9.6.1 平台结构磁流变阻尼隔振系统及其简化计算模型341

9.6.2 隔振层参数设计与反应分析342

9.7 斜拉索磁流变阻尼控制与工程应用346

9.7.1 计算模型347

9.7.2 系统反应的模态分析方法349

9.7.3 阻尼器参数设计与半主动控制算法352

9.7.4 山东滨州黄河公路大桥斜拉索磁流变阻尼控制系统设计与反应分析354

9.7.5 洞庭湖大桥斜拉索磁流变阻尼控制系统360

第10章 结构压电驱动和压电变摩擦阻尼控制系统364

10.1 压电陶瓷及其驱动器的发展概况364

10.2 压电陶瓷369

10.2.1 压电机理369

10.2.2 本构关系369

10.2.3 主要性能参数371

10.2.4 制备373

10.3 压电陶瓷驱动器373

10.3.1 分类373

10.3.2 制备376

10.4 结构振动的压电陶瓷驱动控制378

10.4.1 单片式压电陶瓷驱动控制378

10.4.2 多层式压电陶瓷驱动控制380

10.5.1 阻尼器的构造与阻尼力模型382

10.5 压电变摩擦阻尼器382

10.5.2 性能试验385

10.5.3 规格化设计389

10.6 结构振动的压电变摩擦阻尼控制390

10.6.1 受控系统模型390

10.6.2 反应分析391

第11章 结构形状记忆合金（SMA）驱动和阻尼控制系统395

11.1 SMA及其智能系统的发展概况396

11.2 SMA的热弹性马氏体相变403

11.2.1 SMA的基本功能特性403

11.2.2 SMA的热弹性马氏体相变机理404

11.3 SMA本构模型406

11.3.1 恒温拉伸SMA的超弹性特性简化本构模型409

11.3.2 SMA受限回复力模型411

11.4.1 SMA阻尼器及其力学模型412

11.4 SMA阻尼器与被动耗能减振系统412

11.4.2 结构被动SMA阻尼系统的反应分析414

11.5 结构损伤的SMA智能控制系统417

11.5.1 钢筋混凝土梁损伤的SMA筋控制分析417

11.5.2 钢筋混凝土梁损伤的SMA筋控制的有限元分析实例418

第12章 结构主动、半主动与智能控制系统设计方法421

12.1 结构主动控制系统的最优控制力设计与分析422

12.1.1 主动控制系统的最优控制力设计422

12.1.2 主动最优控制力和受控反应特征分析423

12.1.3 20层钢结构抗震Benchmark模型429

12.1.4 76层钢筋混凝土结构风振Benchmark模型438

12.2 结构主动变阻尼和智能阻尼控制系统的最优控制力设计与分析448

12.2.1 半主动最优控制力设计449

12.2.2 系统反应分析453

12.3.1 主动变刚度最优控制力设计454

12.3 结构主动变刚度控制系统的最优控制力设计与分析454

12.3.2 系统反应分析457

12.4 结构被动耗能减振系统的最优阻尼力设计与分析458

12.4.1 被动线性黏滞阻尼系统的最优阻尼力设计与反应分析458

12.4.2 被动摩擦阻尼系统的摩擦力设计与反应分析460

12.5 20层钢结构抗震Benchmark模型的各种半主动控制力设计、分析与比较461

12.5.1 主动变阻尼控制系统（兼含被动线性黏滞阻尼系统）461

12.5.2 磁流变阻尼控制系统467

12.5.3 被动摩擦阻尼系统473

12.5.4 主动变刚度控制系统476

12.6 76层钢筋混凝土结构风振Benchmark模型的各种最优控制力设计、分析与比较482

12.6.1 主动变阻尼控制系统（兼含结构线性黏滞阻尼系统）482

12.6.2 磁流变阻尼控制系统486

附录 结构振动控制的Benchmark问题490

A.1 建筑结构振动控制Benchmark发展的第一阶段491

A.1.1 ATS控制模型492

A.1.2 AMD控制模型493

A.1.3 评价指标494

A.1.4 阶段成果494

A.2 建筑结构振动控制Benchmark发展的第二阶段495

A.2.1 地震作用Benchmark模型及其评价指标496

A.2.2 风振控制Benchmark模型及其评价指标501

A.2.3 阶段成果505

A.3 建筑结构振动控制Benchmark发展的第三阶段506

A.3.1 地震作用非线性Benchmark模型及其评价指标506

A.3.2 风振控制Benchmark模型及其评价指标515

A.3.3 阶段成果516

A.4 其他结构振动控制Benchmark的发展517

A.4.1 桥梁结构Benchmark模型517

A.4.2 隔震结构Benchmark模型519

参考文献520