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Auteur Bergman, Lawrence
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Affiner la rechercheBenchmark Control Problems for Seismically Excited Nonlinear Buildings / Richard E. Christenson in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°4 (Avril 2004)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 366-385 p.
Titre : Benchmark Control Problems for Seismically Excited Nonlinear Buildings Titre original : Problèmes de Commande de Repère pour les Bâtiments Non-Linéaires Séismicalement Passionnants Type de document : texte imprimé Auteurs : Richard E. Christenson, Auteur ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique ; Dyke, S. J. ; Spencer Jr., B. F. ; Ohtori, Y., Auteur Article en page(s) : 366-385 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Structural control Benchmarks Seismic analysis Nonlinear analysis Commande structurale Repères Analyse séismique Analyse non linéaire Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This Paper presents the problem definition and guidelines of a set of benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings. Focusing on three typical steel structures, 3-, 9-, and 20-story buildings designed for the SAC project for the Los Angeles, California region, the goal of this study is to provide a clear basis to evaluate the efficacy of various structural control strategies. A nonlinear evaluation model has been developed that portrays the salient features of the structural system. Evaluation criteria and control constraints are presented for the design problems. The task of each participant in this benchmark study is to define (including sensors and control algorithms), evaluate, and report on their proposed control strategies. These strategies may be either passive, active, semiactive, or a combination thereof. The benchmark control problems will then facilitate direct comparison of the relative merits of the various control strategies. To illustrate some of the design challenges, a sample control strategy employing active control with a linear quadratic Gaussian control algorithm is applied to the 20-story building.
Cet Article présente la définition de problème et les directives d'un ensemble de repère commandent des problèmes pour les bâtiments non-linéaires séismicalement passionnants. Se concentrant sur trois structures métalliques typiques, 3 -, 9 -, et bâtiment de 20 étages ont conçu pour le projet de SAC région pour Los Angeles, la Californie, le but de cette étude doit fournir une base claire pour évaluer l'efficacité de diverses stratégies structurales de commande. On a développé un modèle non-linéaire d'évaluation qui dépeint les dispositifs saillants du système structural. Des critères d'évaluation et les contraintes de commande sont présentés pour les problèmes de conception. Le charger de chaque participant à cette étude de repère doit définir (sondes y compris et commander des algorithmes), évalue, et rend compte de leurs stratégies proposées de commande. _ ces stratégie pouvoir être ou passif, en activité, semiactive, ou un combinaison en. Les problèmes de commande de repère faciliteront alors la comparaison directe des mérites relatifs des diverses stratégies de commande. Pour illustrer certains des défis de conception, une stratégie de commande d'échantillon utilisant la commande active avec un algorithme gaussien quadratique linéaire de commande est appliquée au bâtiments de 20 étages.
En ligne : ootori@criepi.denken.or.jp, rchriste@mines.edu, bfs@uiuc.edu, sdyke@seas.wustl.e [...] [article] Benchmark Control Problems for Seismically Excited Nonlinear Buildings = Problèmes de Commande de Repère pour les Bâtiments Non-Linéaires Séismicalement Passionnants [texte imprimé] / Richard E. Christenson, Auteur ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique ; Dyke, S. J. ; Spencer Jr., B. F. ; Ohtori, Y., Auteur . - 366-385 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 366-385 p.
Mots-clés : Structural control Benchmarks Seismic analysis Nonlinear analysis Commande structurale Repères Analyse séismique Analyse non linéaire Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This Paper presents the problem definition and guidelines of a set of benchmark control problems for seismically excited nonlinear buildings. Focusing on three typical steel structures, 3-, 9-, and 20-story buildings designed for the SAC project for the Los Angeles, California region, the goal of this study is to provide a clear basis to evaluate the efficacy of various structural control strategies. A nonlinear evaluation model has been developed that portrays the salient features of the structural system. Evaluation criteria and control constraints are presented for the design problems. The task of each participant in this benchmark study is to define (including sensors and control algorithms), evaluate, and report on their proposed control strategies. These strategies may be either passive, active, semiactive, or a combination thereof. The benchmark control problems will then facilitate direct comparison of the relative merits of the various control strategies. To illustrate some of the design challenges, a sample control strategy employing active control with a linear quadratic Gaussian control algorithm is applied to the 20-story building.
Cet Article présente la définition de problème et les directives d'un ensemble de repère commandent des problèmes pour les bâtiments non-linéaires séismicalement passionnants. Se concentrant sur trois structures métalliques typiques, 3 -, 9 -, et bâtiment de 20 étages ont conçu pour le projet de SAC région pour Los Angeles, la Californie, le but de cette étude doit fournir une base claire pour évaluer l'efficacité de diverses stratégies structurales de commande. On a développé un modèle non-linéaire d'évaluation qui dépeint les dispositifs saillants du système structural. Des critères d'évaluation et les contraintes de commande sont présentés pour les problèmes de conception. Le charger de chaque participant à cette étude de repère doit définir (sondes y compris et commander des algorithmes), évalue, et rend compte de leurs stratégies proposées de commande. _ ces stratégie pouvoir être ou passif, en activité, semiactive, ou un combinaison en. Les problèmes de commande de repère faciliteront alors la comparaison directe des mérites relatifs des diverses stratégies de commande. Pour illustrer certains des défis de conception, une stratégie de commande d'échantillon utilisant la commande active avec un algorithme gaussien quadratique linéaire de commande est appliquée au bâtiments de 20 étages.
En ligne : ootori@criepi.denken.or.jp, rchriste@mines.edu, bfs@uiuc.edu, sdyke@seas.wustl.e [...]
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 466-470 p.
Titre : Generalized Linear Quadratic Gaussian Techniques for the Wind Benchmark Problem Titre original : Techniques Gaussiennes Quadratiques Linéaires Généralisées pour le Problème de Repère de Vent Type de document : texte imprimé Auteurs : Kim Dinh, Pham, Auteur ; Jin, G., Auteur ; Sain, M. K. ; Spencer Jr., B. F. ; Liberty, S. R. ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique ; Freimann, Frank M., Auteur ; Newmark, Nathan M. Article en page(s) : 466-470 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Benchmarks Buildings high rise Wind effects Gaussian process Repères Bâtiments élevés Effets de vent Processus gaussien Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This paper presents a comprehensive study of the stage-3 benchmark problem for response control of wind-excited tall buildings based on the linear quadratic gaussian (LQG) approach, and on its generalization, the k-cost-cumulant control method. For control design, the original nodal building model is first transformed into balanced modal space. The Hankel singular values (HSVs) and the power spectral density of the wind disturbances are calculated; and, based on them, a reduced-order model is derived by keeping the first six low-frequency modes. A balanced LQG (BLQG) controller is then determined by adopting the HSVs as a basis to choose the design weights. The main results of the paper are that the BLQG control design is able to come within 5–10% of the performance of the sample LQG controller supplied with the benchmark, but with control actions on the order of one-third less than the sample LQG, and with stability improvement features of a substantial nature over the range of stiffness perturbations specified in the benchmark. Finally, if the low authority BLQG controller is regarded as a one-cost-cumulant design, then with the appropriate use of the second-cost cumulant, the latter methodology is able to demonstrate how higher-authority controllers can give certain improvements in performance, but at the expense of significant investment in control action.
Cet article présente une étude complète du problème de repère de l'étape 3 pour la commande de réponse des grands bâtiments éxcitants par vent basés sur l'approche (LQG) gaussienne quadratique linéaire, et sur sa généralisation, la méthode de contrôle cumulant coûtée par k. Pour la conception de commande, le modèle nodal original de bâtiment est d'abord transformé en espace modal équilibré. Les valeurs singulières de Hankel (HSVs) et la densité spectrale de puissance des perturbations de vent sont calculées ; et, basé sur elles, un modèle réduit d'ordre est dérivé en gardant les six premiers modes de basse fréquence. Un contrôleur équilibré de LQG (BLQG) est alors déterminé en adoptant le HSVs comme base pour choisir les poids de calcul. Les résultats principaux du papier sont que la conception de commande de BLQG peut relever de 5 10% de l'exécution du contrôleur témoin LQG fourni avec le repère, mais avec des actions de commande sur l'ordre d'un tiers moins que l'échantillon LQG, et avec des dispositifs d'amélioration de stabilité à caractère substantiel sur la gamme des perturbations de rigidité indiquées dans le repère. En conclusion, si le bas contrôleur de l'autorité BLQG est considéré comme celui coûté la conception cumulant, puis avec l'utilisation appropriée du deuxième coût cumulant, la dernière méthodologie peut démontrer comment les contrôleurs de plus Haute Autorité mettent en boîte donnent certaines améliorations d'exécution, mais aux dépens d'investissement significatif dans l'action de commande.
En ligne : kpham@nd.edu, gjinl@ford.com, sain@krizevac.ee.nd.edu, bfs@uiuc.edu, sliberty@br [...] [article] Generalized Linear Quadratic Gaussian Techniques for the Wind Benchmark Problem = Techniques Gaussiennes Quadratiques Linéaires Généralisées pour le Problème de Repère de Vent [texte imprimé] / Kim Dinh, Pham, Auteur ; Jin, G., Auteur ; Sain, M. K. ; Spencer Jr., B. F. ; Liberty, S. R. ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique ; Freimann, Frank M., Auteur ; Newmark, Nathan M. . - 466-470 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 466-470 p.
Mots-clés : Benchmarks Buildings high rise Wind effects Gaussian process Repères Bâtiments élevés Effets de vent Processus gaussien Index. décimale : 621.34/624 Résumé : This paper presents a comprehensive study of the stage-3 benchmark problem for response control of wind-excited tall buildings based on the linear quadratic gaussian (LQG) approach, and on its generalization, the k-cost-cumulant control method. For control design, the original nodal building model is first transformed into balanced modal space. The Hankel singular values (HSVs) and the power spectral density of the wind disturbances are calculated; and, based on them, a reduced-order model is derived by keeping the first six low-frequency modes. A balanced LQG (BLQG) controller is then determined by adopting the HSVs as a basis to choose the design weights. The main results of the paper are that the BLQG control design is able to come within 5–10% of the performance of the sample LQG controller supplied with the benchmark, but with control actions on the order of one-third less than the sample LQG, and with stability improvement features of a substantial nature over the range of stiffness perturbations specified in the benchmark. Finally, if the low authority BLQG controller is regarded as a one-cost-cumulant design, then with the appropriate use of the second-cost cumulant, the latter methodology is able to demonstrate how higher-authority controllers can give certain improvements in performance, but at the expense of significant investment in control action.
Cet article présente une étude complète du problème de repère de l'étape 3 pour la commande de réponse des grands bâtiments éxcitants par vent basés sur l'approche (LQG) gaussienne quadratique linéaire, et sur sa généralisation, la méthode de contrôle cumulant coûtée par k. Pour la conception de commande, le modèle nodal original de bâtiment est d'abord transformé en espace modal équilibré. Les valeurs singulières de Hankel (HSVs) et la densité spectrale de puissance des perturbations de vent sont calculées ; et, basé sur elles, un modèle réduit d'ordre est dérivé en gardant les six premiers modes de basse fréquence. Un contrôleur équilibré de LQG (BLQG) est alors déterminé en adoptant le HSVs comme base pour choisir les poids de calcul. Les résultats principaux du papier sont que la conception de commande de BLQG peut relever de 5 10% de l'exécution du contrôleur témoin LQG fourni avec le repère, mais avec des actions de commande sur l'ordre d'un tiers moins que l'échantillon LQG, et avec des dispositifs d'amélioration de stabilité à caractère substantiel sur la gamme des perturbations de rigidité indiquées dans le repère. En conclusion, si le bas contrôleur de l'autorité BLQG est considéré comme celui coûté la conception cumulant, puis avec l'utilisation appropriée du deuxième coût cumulant, la dernière méthodologie peut démontrer comment les contrôleurs de plus Haute Autorité mettent en boîte donnent certaines améliorations d'exécution, mais aux dépens d'investissement significatif dans l'action de commande.
En ligne : kpham@nd.edu, gjinl@ford.com, sain@krizevac.ee.nd.edu, bfs@uiuc.edu, sliberty@br [...]
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 505-510 p.
Titre : Vibration Control of Wind-Excited Tall Building using Sliding Mode Fuzzy Control Titre original : La Commande de Vibration du Vent a Excité le Grand Bâtiment en Utilisant la Commande Bouillée de Mode Coulissante Type de document : texte imprimé Auteurs : Kim, Saang Bum, Auteur ; Yun, Chung-Bang, Auteur ; Spencer Jr., B. F. ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique Article en page(s) : 505-510 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Vibration control Wind loads Fuzzy sets Estimation Stochastic models Buildings Commande de vibration Charges de vent Ensembles brouillés Modèles stochastiques Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A Sliding mode fuzzy control (SMFC) is proposed to design a controller for the third-generation benchmark problem on wind-excited buildings. A distinctive feature in vibration control of large civil infrastructure is the existence of large disturbances, such as wind, earthquake, and sea wave forces. Those disturbances govern the behavior of the structure; however, they cannot be precisely measured, especially for the case of wind excitations. Since the structural accelerations are measured only at a limited number of locations without the measurement of the wind forces, the structure of the conventional control may have the feedback loop only. The general structure of the SMFC, proposed herein, is composed of a compensation part and a convergent part. The compensation part prevents the system from diverging, and the convergent part directs the system to the sliding surface. The compensation part uses not only the structural response measurement but also the disturbance measurement, so the SMFC has a feedback loop and a feedforward loop. To realize the virtual feedforward loop for the wind-induced vibration control, a disturbance estimation filter is introduced. The structure of the filter is constructed based on an autoregressive model for the stochastic wind force. This filter estimates the wind force at each time instance based on the measured structural responses and the stochastic information of the wind force. For verification of the proposed algorithm, numerical simulation is carried out on the benchmark problem for wind-excited buildings. The results indicate that the present control algorithm is efficient for reducing the wind-induced vibration.
On propose une commande brouillée de mode coulissante (SMFC) pour concevoir un contrôleur pour le problème de repère de la troisième génération sur les bâtiments excitants par vent. Un dispositif distinctif dans la commande de vibration de la grande infrastructure civile est l'existence de grandes perturbations, telles que le vent, le tremblement de terre, et les forces de vague de mer. Ces perturbations régissent le comportement de la structure ; cependant, elles ne peuvent pas être avec précision mesurées, particulièrement le cas des excitations de vent. Puisque les accélérations structurales sont mesurées seulement à un nombre limité d'endroits sans mesure des forces de vent, la structure de la commande conventionnelle peut avoir la boucle de rétroaction seulement. La structure générale du SMFC, proposée ci-dessus, se compose de pièce de compensation et de partie convergente. La pièce de compensation empêche le système de diverger, et la partie convergente dirige le système vers la surface de glissement. La pièce de compensation emploie non seulement la mesure structurale de réponse mais également la mesure de perturbation, ainsi le SMFC a une boucle de rétroaction et une boucle vers l'avant d'alimentation. Réaliser l'alimentation virtuelle la boucle que vers l'avant pour le vent induit la commande de vibration, un filtre d'évaluation de perturbation est présentée. La structure du filtre est construite a basé sur un modèle auto-régressif la force stochastique de vent. Ce filtre estime la force de vent à chaque fois qu'exemple basé sur les réponses structurales mesurées et l'information stochastique de la force de vent. Pour la vérification de l'algorithme proposé, la simulation numérique est effectuée sur le problème de repère pour les bâtiments excitants par vent. Les résultats indiquent que l'algorithme actuel de commande est efficace pour réduire la vibration induite par vent.
En ligne : saangkim@uiuc.edu, ycb@kaist.ac.kr, bfs@uiuc.edu [article] Vibration Control of Wind-Excited Tall Building using Sliding Mode Fuzzy Control = La Commande de Vibration du Vent a Excité le Grand Bâtiment en Utilisant la Commande Bouillée de Mode Coulissante [texte imprimé] / Kim, Saang Bum, Auteur ; Yun, Chung-Bang, Auteur ; Spencer Jr., B. F. ; Bergman, Lawrence, Editeur scientifique . - 505-510 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°4 (Avril 2004) . - 505-510 p.
Mots-clés : Vibration control Wind loads Fuzzy sets Estimation Stochastic models Buildings Commande de vibration Charges de vent Ensembles brouillés Modèles stochastiques Index. décimale : 621.34/624 Résumé : A Sliding mode fuzzy control (SMFC) is proposed to design a controller for the third-generation benchmark problem on wind-excited buildings. A distinctive feature in vibration control of large civil infrastructure is the existence of large disturbances, such as wind, earthquake, and sea wave forces. Those disturbances govern the behavior of the structure; however, they cannot be precisely measured, especially for the case of wind excitations. Since the structural accelerations are measured only at a limited number of locations without the measurement of the wind forces, the structure of the conventional control may have the feedback loop only. The general structure of the SMFC, proposed herein, is composed of a compensation part and a convergent part. The compensation part prevents the system from diverging, and the convergent part directs the system to the sliding surface. The compensation part uses not only the structural response measurement but also the disturbance measurement, so the SMFC has a feedback loop and a feedforward loop. To realize the virtual feedforward loop for the wind-induced vibration control, a disturbance estimation filter is introduced. The structure of the filter is constructed based on an autoregressive model for the stochastic wind force. This filter estimates the wind force at each time instance based on the measured structural responses and the stochastic information of the wind force. For verification of the proposed algorithm, numerical simulation is carried out on the benchmark problem for wind-excited buildings. The results indicate that the present control algorithm is efficient for reducing the wind-induced vibration.
On propose une commande brouillée de mode coulissante (SMFC) pour concevoir un contrôleur pour le problème de repère de la troisième génération sur les bâtiments excitants par vent. Un dispositif distinctif dans la commande de vibration de la grande infrastructure civile est l'existence de grandes perturbations, telles que le vent, le tremblement de terre, et les forces de vague de mer. Ces perturbations régissent le comportement de la structure ; cependant, elles ne peuvent pas être avec précision mesurées, particulièrement le cas des excitations de vent. Puisque les accélérations structurales sont mesurées seulement à un nombre limité d'endroits sans mesure des forces de vent, la structure de la commande conventionnelle peut avoir la boucle de rétroaction seulement. La structure générale du SMFC, proposée ci-dessus, se compose de pièce de compensation et de partie convergente. La pièce de compensation empêche le système de diverger, et la partie convergente dirige le système vers la surface de glissement. La pièce de compensation emploie non seulement la mesure structurale de réponse mais également la mesure de perturbation, ainsi le SMFC a une boucle de rétroaction et une boucle vers l'avant d'alimentation. Réaliser l'alimentation virtuelle la boucle que vers l'avant pour le vent induit la commande de vibration, un filtre d'évaluation de perturbation est présentée. La structure du filtre est construite a basé sur un modèle auto-régressif la force stochastique de vent. Ce filtre estime la force de vent à chaque fois qu'exemple basé sur les réponses structurales mesurées et l'information stochastique de la force de vent. Pour la vérification de l'algorithme proposé, la simulation numérique est effectuée sur le problème de repère pour les bâtiments excitants par vent. Les résultats indiquent que l'algorithme actuel de commande est efficace pour réduire la vibration induite par vent.
En ligne : saangkim@uiuc.edu, ycb@kaist.ac.kr, bfs@uiuc.edu
