Page 201 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 孙洪鑫，等：单驱动型双转子作动器对桥梁风致涡振的主动控制研究 517

基于模型参考自适应控制算法的 AMD 主动控制。 为解决 TMD 仅能控制单一模态振动，双驱动型
国内，田石柱等 [8] 完成了 5 层 1∶4 模型框架的 AMD 双转子作动器的电机难以同步，传统 AMD 质量行程
振 动 控 制 试 验 。 张 春 巍 等 [9-10] 提 出 一 种 电 磁 驱 动 有限的问题，本文提出一种单驱动型双转子作动器
AMD，基于极点配置控制算法，进行了地震响应控 （single drive twin rotor actuator，SD-TRA），通过单个电
制的小型振动台试验，同时以 76 层 Benchmark 钢筋 机驱动空间齿轮系统，内部齿轮结构带动两个转子
混凝土结构风振控制问题为背景，分析了 AMD 主动 同步异向转动。本装置不仅从机械结构上解决了电
控制的控制力特性，并比较了结构层间主动控制方 机运行不同步的问题，且巧妙地通过改变转子转速
案。YAO 等 [11-12] 提出了一种复合控制方案来消除电 实现多模态振动控制，同时也节约了控制成本。建
磁式 AMD 的控制-结构相互作用（CSI）效应，通过分 立单自由度结构的动力学方程，考虑其功率需求并
层控制来降低结构的高阶 CSI 效应，实现对结构振 研究其在自由振动和简谐激励下的动力性能。同
动的高效控制。CHEN 等 [13] 考虑了具有 AMD 行程 时，以某特大斜拉桥涡激振动风洞试验为背景开展
限制的结构的主动控制，设计了一种变增益状态反 了数值仿真研究，以验证单驱动型双转子作动器对
馈控制器来限制质量冲程和相对速度，通过对高层 于桥梁涡振控制方案的有效性。

建 筑 结 构 的 控 制， 验 证 了 所 提 控 制 器 的 有 效 性 。
RAMÍREZ-NERIA 等 [14] 设计了一种基于广义比例积
1 SD-TRA 力 学 模 型
分观测器的自抗扰式 AMD，当五层结构受到随机激

励 时， 该 装 置 表 现 出 良 好 的 减 振 性 能 。 CONCHA
等 [15] 提出了一种基于滑模控制的 ATMD，当建筑结 1.1 SD-TRA 基本构造
构受到地震荷载时，该装置展现出良好的鲁棒性。
SD-TRA 由两个控制质量组成，两个质量 m t /2 与
ZHOU 等 [16] 研究了深圳平安金融大厦安装的 ATMD，
长度为 r 的直杆一端相连，直杆另一端连接到中心
该装置能有效抑制大厦的风致振动。在桥梁抗风方
上。在伺服电机的驱动下，两个质量转子通过空间
面，CHANG [17] 开展了基于 LQG 算法和卡尔曼滤波
传动齿轮，保持同步异向转动。图 1 为装置运行时
的桥梁 AMD 主动控制理论和试验研究。BATTISTA
的简化模型受力图，图 2 为 SD-TRA 作用于单自由度
等 [18] 以尼特罗伊大桥为背景，开展了基于 TMD 和
结构时的受力图。图中，m t 为 SD-TRA 质量块的控
AMD 的涡振控制研究，相同运动质量条件下，理论
制质量，θ(t) 为两个转子随时间的运动状态，f r 为转
分析表明 AMD 的控制效果更佳，并且可以减轻控制
子 产 生 的 径 向 力， f r, 为 转 子 在 x 轴 方 向 上 的 分 力 ，
x
系统质量。KAGAYA 等 [19] 采用 AMD 进行了桥塔施
f r, 为匀速旋转下 SD-TRA 提供的控制力，T r, 为径向
y
x
工期涡振控制。TANIDA [20] 总结归类了桥梁主动控
力在 xz 面内产生的扭矩，L 为两旋转中心点的距离，
制 在 日 本 的 应 用， 工 程 经 验 表 明 AMD 和 HMD
f t 为转子产生的切向力，m 为主结构质量，k 为主结
（hybrid mass damper）均具有很好的控制效果。主动
构刚度，f w 为正弦式外激励，c 为主结构阻尼。
控制在大跨度桥梁涡振控制中具有广阔的前景。

为 解 决 传统 AMD 所 需 作 动 行 程 大 的 问 题 ， f r f r, y f r, y
f r
TANIDA [21] 研 发 出 一 种 弧 形 混 合 质 量 阻 尼 器 装 置 ， m t m t
f r, x 2
2 θ(t) f r, x
并在日本的 Rainbow 桥上得到了应用。ZHANG 等 [22]
设计了一种电磁驱动式旋转激励作动器（R-AMD），
θ(t) Y
并设计了分层滑模控制器，数值和试验表明，该装置
对建筑结构振动有良好的抑制作用。BÄUMER 等 [23] Z O X
利用两个偏心旋转质量产生的离心力来控制单自由
T r, x
度振荡器，即双驱动型双转子作动器，通过随机振动
L
数值仿真验证了该装置的可行性。TERRILL 等 [24] 在
图 1 SD-TRA 简化模型
人行桥上安装一组双驱动型双转子作动器，运用两
Fig. 1 Simplified model of SD-TRA
台伺服电机分别控制两个转子旋转，研究了人致振
动下的双转子作动器的减振性能。然而，双驱动型
1.2 振动系统运动方程的建立
双转子作动器需要通过控制系统同时控制两台电机
运行，在控制电机运转方面存在运行不同步的问题， 对于匀速旋转下的 SD-TRA，不考虑其产生的切
这会导致水平方向上的离心力分力无法被完全抵 向力，在单自由度振动系统下受 SD-TRA 控制的运
消，影响控制性能。 动方程为：