学文网摘 要：在过去三十年左右的时间里，振动控制系统受到了广大研究者的普遍关注。这种保护系统可以用来降低自然灾害对土木工程建筑的损害。文章通过对结构振动控制的概述，介绍了半主动控制装置的理论基础及其在实际机械或土木工程中的应用，并对半主动控制技术未来的发展方向做了展望。
关键词：半主动控制；主动变刚度（阻尼）；磁流变阻尼器；电流变阻尼器
引言
随着科学技术的飞速发展，机器设备的转速和功率不断变大，刚度减小，对其稳定性的要求也提高，振动问题也就日益突出，机械振动不仅影响飞行器、船舶的寿命，还会影响机械设备的使用性能，因而如何对其采取控制和预防措施成了工程领域的重要课题。
半主动控制技术的控制效果接近于主动控制，而且只需要输入少量的能量即可实现，因而被认为是目前最具前景的结构振动控制技术。文章主要介绍几种主要半主动控制系统的工作机理、应用和研究现状，并阐述了半主动控制技术目前存在的问题和发展方向。
1 半主动控制系统研究现状
1.1 主动变刚度控制系统
该控制系统主要是在变刚度控制装置的作用下，使振动物体的附加刚度发生变化，从而使受控结构的固有频率不断发生变化，有效地避免共振的情况，达到减振的目的。在这个过程中，结构的能量发生了变化，经历了振动能量的吸收、消耗与释放这一过程。
日本学者Kobor i[1]利用主动变刚度系统做了振动台模型试验和原型结构试验，验证了这种控制系统的装置可以改变物体动力参数，且仅需要极少的外界能量，就可以得到十分明显的减振效果。在国内，李敏霞和刘季[2]等学者在这方面做了深入的研究，制作了类似的主动变刚度控制装置，并进行了一个40t足尺的主动变刚度装置的性能试验，该实验主要研究了电液伺服阀在Passive-on和Passive-off状态下主动变刚度控制装置的力学性能。杨润林，闫维明[3]等提出了一种新型的半主动变刚度（ISAVS）控制系统，并通过数值模拟验证了它的有效性。
1.2 主动变阻尼控制系统
变阻尼系统由Hovat首先提出[4]，它是通过主动调节变阻尼装置，使其阻尼力变化至接近或等于主动控制力，得到的振动控制效果也和主动控制接近。主动变阻尼控制装置是基于黏滞流体阻尼器，附加可控伺服阀而形成的一种智能阻尼器，它通过控制流体能量，从而实现在控制一种或将几种激励引起的振动。
Feng和Shinozuka[3]振动工程中桥梁振动的问题设置了一种变孔径油阻尼器。Kobor i[6]等提出了一种半主动流体阻尼器，并进行了模拟实验，实验表明该阻尼器可以有效减小振动过程中结构的峰值加速度和位移。1998年在日本应用半主动变阻尼控制系统，建成的Kajima-Shizuoka建筑物，在实际小地震中显示了很好的控制效果。我国学者孙作玉[7]研究了把一种主动变阻尼振动控制系统应用于高耸建筑的减振，并进行了相应的结构控制试验研究。
1.3 可控流体阻尼系统
可控流体阻尼系统包括磁流变阻尼器和电流变阻尼器，其中的工作介质电（磁）流变也是一种可控流体，是用不导电（磁）的母液和分散在其中的固体电解质颗粒或带有磁性的颗粒添加一些稳定剂制成的悬浮液。在电（磁）场的作用下两相电（磁）流变液的颗粒会形成一条类似纤维状的链，横架于电（磁）场的正负两极板之间，这样两相电（磁）流变液在电（磁）场的作用下就能产生“固化”现象。
磁流变阻尼器由于性能稳定等优点，其应用比电流变阻尼器更加广泛，目前的研究也集中在对磁流变阻尼器的研究上。汪志昊和陈***清[8]基于振动能量回收技术构建了由旋转式永磁直流电机与只需较小能量供给的MR阻尼器集成的自供电MR阻尼器减振系统，并定性分析了自供电MR阻尼器被动控制的减振机理。
2 半主动控制的研究方向与应用前景[9]
为了解决目前半主动控制系统存在的问题，未来研究的方向应包括以下方面：（1）设计功能更强、更实用、更经济的半主动控制装置， 提高其加工工艺， 制定其产品标准；（2）开发更成熟稳定、鲁棒性更强的控制律，增强半主动控制效果；（3）半主动控制传感器、作动器的数量、布局情况优化设计；（4）半主动时滞效应的分析研究；（5）开展如何将智能材料应用于结构振动半主动控制技术；（6）将半主动控制和其它结构振动控制系统相结合；（7）广泛开展与半主动控制***监测、系统识别和控制计算相关的神经网络和模糊理论等人工智能技术的研究。
3 结束语
结构振动控制是一种全新的、积极主动的结构对策， 半主动控制因其具有的所需外加能源极小、装置简单、不易失稳且减振效果接近主动控制的特点，而具有很大的应用潜力。文章重点讨论分析了各个半主动控制系统的原理，并指出了今后的发展方向，为后续研究工作的进一步深入展开提供参考价值。
参考文献
[1]Yao TJP. Conception of Structure Control[J].Journal of Structure Division，1972，98（7）1567-1574.
[2]欧进萍.结构振动控制-主动、半主动和智能控制[M].北京：科学出版社，2003.
[3]杨润林，闫维明，周锡元，等. 结构新型半主动连续变刚度控制的研究[J].四川建筑科学研究， 2007（2）：127-130.
[4]Hrovat D，Pinhas Barak，Michael Rabins.Semi-activeversus passiveor active tuned mass dampers for structural control[J].Journal of ergineering medianics，1983，109（3）：691-705.
[5]赵有泽.半主动控制的国内外研究现状[J].山西建筑，2010，36（17）：50-51.
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[7]孙作玉.变阻尼半主动结构控制[D].哈尔滨：哈尔滨建筑大学，1998.
[8]汪志昊，陈***清.基于振动能量回收的自供电MR阻尼器集成与试验研究[J].振动与冲击，2013，32（12）：88-94.
[9]蒙文流，韦树英.半主动控制的研究现状及其工程应用[J].广西科学院学报，2008，24（3）：231～237.
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