新型半主动活塞调谐液柱阻尼器（SP-TLCD）的设计与性能评估：结构振动控制的创新方案

本文提出了一种创新的半主动调谐液柱阻尼器（SP-TLCD），集成了外置式电磁双活塞制动机制，可实时调节阻尼特性而无需改造传统TLCD结构。该系统支持阻尼基（damping-based）与力基（force-based）控制策略，结构简洁、成本低、易于集成。通过振动台实验与数值模拟验证，该系统在宽频（地震）与窄频（有色噪声）激励下均表现出优异减振性能，即使在单活塞故障情况下仍保持84.4%的性能，而经遗传算法（GA）优化的时滞补偿策略更使均方根（RMS）响应降低30%，显著优于传统LQRCC策略。本研究为结构振动控制提供了兼具模块化、实时适应性与工程可行性的解决方案。

　　

Highlight

Configuration of proposed SP-TLCD

本研究提出的半主动TLCD系统核心结构包括位于TLCD两垂直柱内的活塞、与活塞连接的轴系、磁芯、线圈及线圈壳体（图1）。采用自校准活塞头连接器实现轴与活塞的柔性连接，该环形设计保留足够间隙，避免活塞与轴刚性联动，从而允许活塞在流体中自由运动，仅在制动激活时约束运动。线圈壳体通过支架固定于TLCD垂直柱外侧，实现全外置式集成，无需对TLCD本体进行结构修改。电磁制动机制通过改变输入电流强度实时调节阻尼力，构成半主动控制的基础。

Mathematical models and control logic

本节建立SP-TLCD装置与结构-装置耦合系统的数学模型，并阐述相关理论基础。

System description

为评估SP-TLCD系统的减振性能，于萨卡里亚大学地震实验室开展系列实验。实验系统包括单自由度（SDOF）框架结构、传统TLCD、半主动控制系统、传感器阵列、数据采集系统、实时控制器、六自由度振动台及计算单元。

Assessment and discussion of vibration mitigation performance of real-time semi-active control in SP-TLCD with experimental tests

半主动TLCD系统传统上以阻尼控制为主，但SP-TLCD凭借力驱动活塞机制，可同时兼容阻尼基与力基控制策略。为验证该特性，我们实施了两种控制策略：基于阻尼的LQRCC（2P）与基于力的LQRFC。实验表明，两者在均方根（RMS）响应控制上表现相当，彰显了系统在多模式控制中的灵活性与适应性。

Performance evaluation of time-delay-aware control versus ideal and time-delayed real-time LQRCC strategies

本节通过理论建模与实验测试综合研究时滞对半主动控制系统性能的影响。采用明确补偿系统时滞的遗传算法剪切控制策略（GACC），在三种地震动与一种窄带有色噪声激励下进行实时振动台测试。顶部位移响应结果表明，该策略显著提升系统稳定性与减振效率。

Conclusion

本研究开发的新型半主动调谐液柱阻尼器（SP-TLCD）系统，通过外置电磁双活塞制动机制实现对传统TLCD的阻尼特性实时调控。系统在SDOF结构上的实验与数值验证表明，其具有优异的减振性能、模块化设计优势与工程适用性，为结构振动控制领域提供了可靠且创新的解决方案。