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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