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研究生:楊璽瀚
研究生(外文):Yang, Shi-Han
論文名稱:使用主動與被動調諧質量阻尼器之電梯車廂系統最佳與模糊振動控制
論文名稱(外文):Optimal and Fuzzy Vibration Control of Elevator Cabinet Systems Using Active and Passive Tuned Mass Dampers
指導教授:黃立政黃立政引用關係
指導教授(外文):Huang, Li-Jeng
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:土木工程與防災科技研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:142
中文關鍵詞:電梯車廂系統調諧質量阻尼器被動控制主動控制最佳控制模糊控制
外文關鍵詞:Elevator cabinet systemTuned mass damper (TMD)Passive controlActive controlOptimal controlFuzzy control
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隨著科技發展和社會進步,電梯需求量大增,電梯是一種非常便利的短程運輸工具,由於高速和超高速電梯的迅速發展,對於電梯運行中之安全、穩定性及舒適度益為重要,在結構設計上如何消減電梯運動中遭受各種外力下所產生之振動反應成為主要之課題。本研究嘗試研究使用被動與主動調諧質量阻尼器(Tuned Mass Damper;TMD)抑制電梯振動的可行性,探討電梯車廂系統在各種外力下之動力行為,調諧質量阻尼器假設安置在位移最大之車廂底部。文中採用集結質量模式,並分別考慮電梯車廂兩種可能之位移: (1)電梯車廂運行時水平方向之橫向運動(Transverse Translation) (2)電梯車廂運行時垂直方向之縱向運動(Longitudinal Translation)。首先推導電梯車廂系統之運動方程式,再以狀態空間表示,最後使用四階Runge-Kutta方法求解系統在自由振動、步階外力、諧和外力與El Centro地表加速度作用下時間解域之未控制與受控制系統的歷時反應。被動控制方面藉由調整TMD參數來探討最佳參數值,主動控制方面分別採用最佳控制與模糊控制進行狀態回饋控制。結果證實在四種外力作用下電梯車廂使用被動與主動調諧質量阻尼器,皆能有效的抑制位移、速度反應;主動與被動TMD抑制效果良好;對於最佳控制、模糊控制等參數並進行完整之探討。最佳控制調整參數Q和R矩陣,權重越高抑制振動效果越好,模糊控制中縮小重疊面積後之制震效果佳。
Recently elevators are more required in daily life and thus are designed with higher speed and capacity, however, their safety, stability and comfort should be more carefully examined. How to reduce the vibration of elevator in motion subjected various external excitations is a major problem in elevator engineering. The thesis is proposed to study the dynamic responses and vibration reduction of elevator cabinet in motion with added tuned mass dampers (TMD). TMD is embed at the bottom of elevator. Lumped mass models are employed for the elevator and TMD, respectively and two types of motions of the elevator-TMD system are considered: (1) Transverse translation in horizontal direction, and (2) Longitudinal translation in vertical direction. Equations of motion are first deduced and then expressed in state space description and time-domain dynamic response of the elevator-TMD system under free vibration, unit-step excitation, harmonic excitation and El Centro ground acceleration are all calculated numerically via fourth-order Runge-Kutta method. Passive and active TMD are all studied wherein optimal and fuzzy control strategies are involved in the active control techniques. Numerical simulation results show that both passive and active TMD can be employed to reduce the vibration of elevators with appropriate design of the parameters of TMD and the control feedback-loops. Parametric study shows that the larger the value of [Q] an [R] in optimal control design and the smaller the overlapped area of input membership functions in fuzzy control design, the better the dynamic responses of closed-loop elevator-TMD systems.
目錄
摘要 I
Abstract II
致謝 III
目錄 IV
符號說明 VIII

第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 6
1.3 研究目的 11
1.4 研究方法 12
1.5 論文架構 13

第二章 電梯車廂掛載調諧質量阻尼器之動力系統數學模式 14
2.1 問題描述 14
2.2 基本假設 15
2.3 電梯車箱未掛載TMD之數學模式推導 15
2.4 電梯車箱掛載TMD之數學模式推導 16
2.5 時間解域之系統狀態方程式 18

第三章 電梯車廂掛載調諧質量阻尼器之被動控制 22
3.1 引言 22
3.2 被動控制 22
3.3 數值案例 23
3.4 電梯車廂系統未掛載TMD控制之動力反應分析 24
3.5 電梯車廂系統掛載被動TMD控制之動力反應分析 25
3.6 電梯車廂系統掛載TMD控制之動力反應之參數探討 27
3.7 小結 28

第四章 電梯車廂掛載調諧質量阻尼器之最佳振動控制 29
4.1 引言 29
4.2 電梯車廂動力系統之狀態空間描述 29
4.3 主動控制 30
4.4 最佳控制 32
4.5 數值案例及最佳控制模擬結果 33
4.6 最佳控制之參數探討 37
4.7 小結 41

第五章 電梯車廂掛載調諧質量阻尼器之模糊振動控制 42
5.1 引言 42
5.2 模糊理論簡介 42
5.3 傳統控制與模糊控制的差異 42
5.4 模糊控制簡介 44
5.5 數值案例 46
5.6 模糊控制之參數探討 50
5.7 小結 51

第六章 結論與未來研究之建議 53
6.1 結論 53
6.2未來研究之建議 57

參考文獻 58

附表 61
附圖 63

作者簡歷 128
口試答詢表 130
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