一种智能隔震组件、智能隔震装置及控制方法与流程

1.本发明涉及隔震技术领域，特别是涉及一种智能隔震组件、智能隔震装置及控制方法。


背景技术：

2.隔震技术是保护珍贵文物、精密仪器地震安全的重要手段。隔震的基本原理在于延长周期，使得隔震系统的自振频率远低于地震输入的主要频段，因而降低地震响应。目前，传统隔震技术已经相对成熟，宽频带、智能化隔震技术是未来发展方向。模糊控制是一种基于语义规则的智能控制方法，无需建立确切的数学模型，具有较好的鲁棒性和灵活性，这种模糊控制方法可以充分借鉴专家的经验，使得隔震装置中的智能元件如磁流变阻尼器的动态特性随外界输入发生变化，在各种类型地震动作用下均展现出较好的可靠性和适应性。
3.然而，现有的隔震装置普遍存在智能化程度低、隔震适应性差的问题，无法根据震动的强弱程度进行智能控制，自适应调节隔震效果，无法适应于大脉冲地震动、长周期地震动等特殊地震。在大脉冲地震动、长周期地震动等特殊地震作用下，隔震装置的效果将大大降低甚至失效。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种智能隔震组件、智能隔震装置及控制方法，以提升智能化程度和隔震效果，解决现有隔震装置智能化程度低、隔震适应性差的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一方面，本发明提出了一种智能隔震组件，包括支撑板以及位于相邻所述支撑板之间的滑动部件和阻尼部件；
7.相邻所述支撑板之间通过所述滑动部件滑动连接；
8.相邻所述支撑板之间通过所述阻尼部件相铰接，且所述阻尼部件的阻尼方向与所述滑动部件的滑动方向相反；
9.还包括振动参数传感器和控制器；
10.所述振动参数传感器用于采集相邻所述支撑板的振动数据；
11.所述控制器分别与所述振动参数传感器和所述阻尼部件电联接。
12.可选的，所述振动参数传感器包括位移传感器和加速度传感器。
13.可选的，所述滑动部件包括导轨和与所述导轨配合使用的滑块。
14.可选的，所述隔震组件还包括设置在相邻所述支撑板之间的弹性复位件。
15.另一方面，本发明还提出了一种应用智能隔震组件的智能隔震装置，所述装置包括至少两个叠放的所述智能隔震组件，相邻智能隔震组件中滑动部件的滑动方向呈正交状态布置，且相邻智能隔震组件中相接触的所述支撑板固定连接或者一体成型。
16.另一方面，本发明还提出了一种智能隔震装置的控制方法，包括：
17.采集振动数据；所述振动数据为智能隔震装置中相邻智能隔震组件中各支撑板的振动数据；
18.根据所述振动数据确定模糊控制指标；所述模糊控制指标用于反映支撑板的振动情况；
19.采用遗传算法确定模糊规则控制表中难以通过专家经验给出的模糊控制规则；所述模糊规则控制表中包括所述模糊控制指标和对应的模糊控制规则以及无法通过专家经验确定的模糊控制规则；
20.根据所述模糊控制指标和所述模糊控制规则进行模糊推理，获得模糊控制结果；所述模糊控制结果用于调节阻尼部件的输入电流，进而调整阻尼力；
21.对所述模糊控制结果进行反模糊化，获得控制命令；
22.根据所述控制命令，调节阻尼部件的输入电流的大小。
23.可选的，所述振动数据包括加速度数据和相对位移数据。
24.可选的，所述模糊控制指标包括加速度减震率和相对位移控制率。
25.可选的，所述根据所述振动数据确定模糊控制指标，具体包括：
26.根据相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板的加速度数据，确定相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板的加速度峰值；
27.根据相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板的加速度峰值，确定加速度减震率；所述加速度减震率为相邻两个智能隔震组件中置顶的支撑板的加速度峰值与置底的支撑板的加速度峰值的比值；
28.根据相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板与中间的支撑板之间以及中间的支撑板与置顶的支撑板之间的相对位移数据，确定相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板与中间的支撑板之间以及中间的支撑板与置顶的支撑板之间的相对位移量与容许位移量；
29.根据相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板与中间的支撑板之间以及中间的支撑板与置顶的支撑板之间的相对位移量与容许位移量，确定相对位移控制率；所述相对位移控制率为相对位移量与容许位移量的比值。
30.可选的，所述采用遗传算法确定模糊规则控制表中难以通过专家经验给出的控制规则，具体包括：
31.根据所述加速度减震率和所述相对位移控制率两个模糊控制指标，确定优化指标；
32.随机生成模糊规则控制表作为初始种群；
33.对初始种群开展遗传操作，生成子代种群；
34.从初始种群和子代种群中，选择n个优化指标最优的个体开展遗传操作，生成下一代种群；
35.进行仿真并计算优化指标值；
36.重复执行将最新的两代种群作为父代种群，选择优化指标最优的n个个体开展遗传操作，生成新的子代种群，直至达到预先设定的种群代数；
37.选择最新的种群中优化指标最优的个体作为最终的模糊控制规则表。
38.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
39.本发明提出了一种智能隔震组件、智能隔震装置及控制方法，该智能隔震组件中
包括支撑板以及位于相邻支撑板之间的滑动部件和阻尼部件，还包括振动参数传感器和控制器。其中，相邻支撑板之间通过滑动部件滑动连接，且相邻支撑板之间通过阻尼部件相铰接，且阻尼部件的阻尼方向与滑动部件的滑动方向相反；振动参数传感器用于采集相邻支撑板的振动数据；控制器，分别与振动参数传感器和阻尼部件电联接。在发生震动后，相邻支撑板会在震动下沿着滑动部件滑动，振动参数传感器能够采集相邻支撑板滑动时的振动数据；阻尼部件能够在发生震动后，对相邻支撑板滑动产生阻尼力，从而达到耗散能量、减缓震动的目的。通过控制器能够根据振动参数传感器采集的振动数据，利用模糊控制算法调节阻尼部件产生的阻尼力的大小，从而实现对阻尼部件的智能控制，能够根据震动的强弱自适应调节阻尼部件的阻尼力，进而提升了隔震装置的智能化程度，增强了隔震效果，能够适应于大脉冲地震动、长周期地震动等特殊地震，解决了现有隔震装置存在的智能化程度低、隔震适应性差的问题。
附图说明
40.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本发明实施例1提供的智能隔震组件的结构示意图；
42.图2为本发明实施例1提供的直线导轨的剖面图；
43.图3为本发明实施例1提供的弹簧的剖面图；
44.图4为本发明实施例1提供的磁流变阻尼器的剖面图；
45.图5为本发明实施例2提供的智能隔震装置的结构示意图；
46.图6为本发明实施例3提供的智能隔震装置的设计流程图；
47.图7为本发明实施例4提供的智能隔震装置的控制方法的流程图；
48.图8为本发明实施例4提供的智能隔震装置的控制原理图；
49.图9为本发明实施例4提供的加速度减震率ra不同模糊子集的隶属度函数的示意图；
50.图10为本发明实施例4提供的相对位移控制率rd不同模糊子集的隶属度函数的示意图；
51.图11为本发明实施例4提供的电流控制率ri不同模糊子集的隶属度函数的示意图；
52.图12为本发明实施例4提供的电流控制率ri的隶属度示意图。
53.附图标记说明：
54.1：支撑板；1-1：上层支撑板；1-2：中层支撑板；1-3：下层支撑板；2：滑动部件；2-1：导轨；2-2：滑块；3：阻尼部件；4：振动参数传感器；4-1：位移传感器；4-2：加速度传感器；5：控制器；6：弹性复位件；6-1：弹簧；6-2：拉环；7：铰支座；8：导线。
具体实施方式
55.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.磁流变阻尼器是一种采用磁流变液制作的阻尼器。磁流变液是当前智能材料研究的重要分支。在无外场作用时，其具有良好的流动性，而在强磁场作用下，磁流变液可在毫秒级时间内转变为具有高粘度、低流动性的bingham体。采用这种材料制作的阻尼部件具有出力大、体积小、响应快、结构简单、阻尼力连续顺逆可调、易于与计算机结合实现智能控制的特点。
57.模糊控制是一种基于自然语言控制规则、模糊逻辑推理的计算机控制技术，它不依赖于控制系统的数学模型，而是依赖于操作经验、表述知识转换成“模糊规则”，属于一种智能控制方式。
58.隔震技术是保护珍贵文物、精密仪器地震安全的重要手段。目前，传统隔震技术已经相对成熟，宽频带、智能化隔震是未来的发展方向。模糊控制是一种基于语义规则的智能控制方法，无需建立确切的数学模型，具有较好的鲁棒性和灵活性，这种模糊控制方法可以充分借鉴专家的经验，使得隔震装置中的智能元件如磁流变阻尼器的动态特性随外界输入发生变化，在各种类型地震动作用下均展现出较好的可靠性和适应性。
59.而现有的隔震装置的主要缺点在于：(1)隔震构造复杂，不具备通用性，隔震装置内部各个元件相互耦合，缺乏实用可靠的设计方法；(2)隔震装置缺乏智能性，适用范围具有局限性，在特殊地震输入如大脉冲地震动、长周期地震动等作用下效果降低；(3)对于基于模糊控制规则的隔震装置，模糊控制规则是模糊控制方法的核心，缺乏专家经验时难以设定可靠性高的模糊控制规则。
60.基于此，本发明提供了一种智能隔震组件、智能隔震装置及控制方法，以提升智能化程度和隔震效果，解决现有隔震装置智能化程度低、隔震适应性差的问题。
61.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
62.实施例1
63.如图1所示，本实施例提出了一种智能隔震组件，包括支撑板1以及位于相邻所述支撑板1之间的滑动部件2和阻尼部件3；相邻所述支撑板1之间通过所述滑动部件2滑动连接；相邻所述支撑板1之间通过所述阻尼部件3相铰接，且所述阻尼部件3的阻尼方向与所述滑动部件2的滑动方向相反；还包括振动参数传感器4和控制器5；所述振动参数传感器4用于采集相邻所述支撑板1的振动数据；所述控制器5分别与所述振动参数传感器4和所述阻尼部件3电联接。
64.本实施例中，支撑板1包括上层支撑板1-1和下层支撑板1-3。对于单独一个智能隔震组件而言，仅包括上层支撑板1-1和下层支撑板1-3的双层支撑板1结构，以及设置于双层支撑板1之间的隔震组件，如图1所示。
65.本实施例中的振动参数传感器4包括位移传感器4-1和加速度传感器4-2。位移传感器4-1和加速度传感器4-2分别通过导线8与控制器5连接。
66.本实施例中的滑动部件2包括导轨2-1和与导轨2-1配合使用的滑块2-2，如图2所示。其中，导轨2-1和滑块2-2分别固定安装于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3之间相对的
两个板面上，导轨2-1和滑块2-2的作用是发生地震等震动后，使支撑板1沿着滑块2-2在导轨2-1内的固定的滑动方向进行滑动。
67.本实施例中，所述隔震组件还包括设置在相邻所述支撑板1之间的弹性复位件6。本实施例中，弹性复位件6包括弹簧6-1和拉环6-2，弹簧6-1设置于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3相对的两个板面之间，且弹簧6-1两端分别与上层支撑板1-1和下层支撑板1-3相对的两个板面固定连接，如图1和图3所示。在实际应用时，弹簧6-1可以倾斜地设置于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3相对的两个板面之间，也可以不倾斜即水平地设置于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3相对的两个板面之间。
68.所述弹簧6-1用于在上层支撑板1-1和下层支撑板1-3运动时，利用弹簧6-1发生形变后的弹力使其快速恢复原状，保证装置的整体稳定性以及隔震效果。在每一个弹簧6-1的两端分别设置有一个拉环6-2，所述拉环6-2用于将所述弹簧6-1的两端分别固定于相应支撑板1的板面上。
69.本实施例中，阻尼部件3采用磁流变阻尼器，所述磁流变阻尼器用于提供粘滞阻尼力，通过改变磁流变阻尼器的输入电流的大小，实现对其阻尼力的调节，从而实现对磁流变阻尼器的智能控制。
70.本实施例中，阻尼部件3通过铰支座7固定连接到支撑板1上，两个所述铰支座7之间设置所述磁流变阻尼器，两个所述铰支座7分别设置于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3之间相对的两个板面上，如图4所示。本发明通过铰支座7将阻尼部件3固定到上层支撑板1-1和下层支撑板1-3上，能够在震动时避免阻尼器受到弯曲应力。
71.本实施例中，控制器5采用模糊控制器，所述模糊控制器内置有模糊控制算法，模糊控制器接收加速度传感器4-2和位移传感器4-1采集的振动数据，并输出控制信号至磁流变阻尼器，通过模糊控制算法调节磁流变阻尼器产生的阻尼力的大小。同时，模糊控制器还与振动参数传感器4、阻尼部件3等通过导线8连接，为整个装置提供电源。
72.本实施例提出的智能隔震组件，将昂贵设备或者文物等被隔震物体放置于上层支撑板1-1上，下层支撑板1-3可以固定连接到地面或其他支撑物平面上，在发生震动后，相邻支撑板1会在震动下沿着滑动部件2的滑轨安装方向滑动，振动参数传感器4能够采集相邻支撑板1的振动数据；阻尼部件3能够在发生震动后，对相邻支撑板1滑动产生阻尼力，从而达到耗散能量、减缓震动的目的。通过控制器5能够根据振动参数传感器4采集的振动数据，利用模糊控制算法调节阻尼部件3产生的阻尼力的大小，从而实现对阻尼部件3的智能控制，能够根据震动的强弱自适应调节阻尼部件3的阻尼力，进而提升了智能化程度，增强了隔震效果，且能够适应于大脉冲地震动、长周期地震动等特殊地震，解决了现有隔震装置存在的智能化程度低、隔震适应性差的问题。
73.实施例2
74.如图5所示，本实施例提出了一种应用实施例1中智能隔震组件的智能隔震装置，该智能隔震装置包括至少两个叠放的所述智能隔震组件，相邻智能隔震组件中滑动部件2的滑动方向呈正交状态布置，且相邻智能隔震组件中相接触的所述支撑板1固定连接或者一体成型。
75.其中，相邻智能隔震组件中滑动部件2的滑动方向呈正交状态布置，从而保证相邻智能隔震组件中滑动部件2的滑动方向为90度。设定其中一个智能隔震组件的滑动部件2的
滑动方向为x方向，则与该智能隔震组件相邻的另一个智能隔震组件的滑动部件2的滑动方向为y方向，x方向与y方向之间夹角为90度。
76.本实施例中，由于一个智能隔震装置包括至少两个实施例1中的智能隔震组件，而每一个智能隔震组件又包含上层支撑板1-1和下层支撑板1-3。因此，本实施例中的智能隔震装置包括上层支撑板1-1、中层支撑板1-2和下层支撑板1-3的三层支撑板1结构，即在叠放设置的结构中，位于上方的智能隔震组件的下层支撑板1-3，与位于下方的智能隔震组件的上层支撑板1-1之间共用一块支撑板1，可以通过螺栓固定的方式实现这两层支撑板1的固定连接，或者这两层支撑板1还可以采用一体成型结构。
77.还需要说明的是，本发明中的滑动部件2采用导轨2-1中内嵌滑块2-2的配合结构，在支撑板1沿着滑块2-2在导轨2-1内的固定的滑动方向进行滑动时，由于滑块2-2和导轨2-1的相互配合作用，使得相邻的两块支撑板1仅能分别沿着滑轨的铺设方向即同一水平面上的x方向与y方向进行振动，如图1和图2所示，此时这两块支撑板1不会在竖直方向上进行振动，也就无需考虑其在竖直方向上的振动情况，即无需考虑支撑板1在与x方向和y方向构成的水平面垂直的z方向上的振动情况。
78.本发明对于包含多个智能隔震组件的智能隔震装置，相邻的两个智能隔震组件之间共用一块支撑板1，通过固定连接或一体成型结构实现支撑板1的共用，并且，任意相邻的两个智能隔震组件中各结构的安装方向都呈正交状态，以保证相邻智能隔震组件中滑动部件2的滑动方向呈正交状态布置。本实施例将下层支撑板1-3、中层支撑板1-2之间的相对运动方向设置为x方向，则中层支撑板1-2、上层支撑板1-1之间的相对运动方向为y方向。
79.实施例3
80.本实施例提出了一种针对实施例2中的智能隔震装置的设计流程，智能隔震装置中弹簧6-1、阻尼器、导轨2-1等各个元件独立工作，具有不同的功能，在对振动数据计算时可以进行解耦。因此，本实施例采用以下方法设计智能隔震装置，如图6所示，设计时包括(1)隔震质量的确定；(2)性能指标的选取；(3)弹簧6-1参数的选取；(4)阻尼器参数的选取；(5)导轨2-1参数的选取；(6)性能指标计算等步骤。
81.(1)隔震质量的确定。隔震质量是指文物、设备等待隔震物体及智能隔震装置的总质量，其中，文物、设备的质量为已知量，而智能隔震装置主要包括弹簧6-1、滑块2-2、阻尼器等元件质量，这部分质量在隔震设计方案中预先设定出来。由于隔震装置在模糊控制时需要迭代进行，因此，该智能隔震装置部分的质量可能发生变化。
82.(2)性能指标的选取。性能指标是指评价隔震方案性能的具体指标，本实施例中主要包括加速度减震率、位移、相对位移控制率等。例如，加速度减震率为50％，位移小于100mm。
83.(3)弹簧6-1参数的选取。弹簧6-1的主要参数为刚度和容许变形，刚度决定隔震周期，进而决定隔震后的位移(无阻尼器时)。弹簧6-1的刚度与容许变形具有相关性，刚度大时容许变形小，刚度小时容许变形大。本发明采用多组弹簧6-1并列布置的方式，从而兼顾了弹簧6-1的刚度和容许变形，解决了难以实现大刚度、大容许变形的难题。
84.(4)磁流变阻尼器参数的选取。磁流变阻尼器的性能参数相对复杂，阻尼力可以分解为粘性阻尼力和库伦阻尼力，粘性阻尼力与流体的动力粘度和流速有关，由阻尼器构造决定，库伦阻尼力与流体的屈服剪应力有关，由外界施加磁场决定，从而可以通过调节磁流
变阻尼器的输入电流，达到调整磁流变阻尼器阻尼力，实现智能控制的目的。
85.(5)导轨2-1参数的选取。导轨2-1的主要参数为摩擦系数，其作用为约束支撑板1的运动方向，使其仅在水平方向运动，而不会在竖直方向上运动。导轨的摩擦系数根据实际情况确定，通常可取0.05。
86.(6)性能指标的计算。初步选取各元件的参数以后，采用单自由度系统进行simulink仿真分析，得到加速度、位移等响应，进而计算各性能指标。如性能指标满足预期，则进行下一步设计，如不满足，调整各元件参数重新进行分析，即重复步骤(3)-(6)。需要指出，如果性能指标设置的过于苛刻，可能无法实现，此时需要更改性能指标，因此，各个元件的性能指标应根据实际情况自行设定。
87.实施例4
88.如图7所示，本实施例提出了一种针对实施例2中智能隔震装置的控制方法，该控制方法的控制原理如图8所示，包括地震响应采集，采集加速度数据和相对位移数据等振动数据；模糊量化，对采集信号进行模糊化处理；模糊规则，设定模糊控制器的模糊控制规则；模糊推理，根据采集数据与模糊控制规则进行推理，获得控制目标；反模糊化，对模糊推理结果进行反模糊化，获得控制命令；磁流变阻尼器电流控制等过程。具体包括以下步骤：
89.步骤s1、采集振动数据。所述振动数据为智能隔震装置中相邻智能隔震组件中各支撑板1的振动数据。
90.本实施例中，所述振动数据包括加速度数据和相对位移数据。具体的，振动数据包括智能隔震装置中上层支撑板1-1的加速度数据、下层支撑板1-3的加速度数据、下层支撑板1-3与中层支撑板1-2之间的相对位移数据以及中层支撑板1-2与上层支撑板1-1之间的相对位移数据等。
91.其中，由于上层支撑板1-1和下层支撑板1-3的运动方向正交，因此，上层支撑板1-1的加速度数据、下层支撑板1-3的加速度数据采集的是x、y双向的加速度数据，而下层支撑板1-3与中层支撑板1-2之间的相对位移数据采集的是x方向上的位移数据，中层支撑板1-2与上层支撑板1-1之间的相对位移数据采集的是y方向上的位移数据。
92.步骤s2、根据所述振动数据确定模糊控制指标，所述模糊控制指标用于反映支撑板1的振动情况。
93.本实施例中，所述模糊控制指标包括加速度减震率ra和相对位移控制率rd。需要说明的是，因隔震装置的使用场景不同、振动情况的复杂，在实际应用时，振动数据包括加速度数据和相对位移数据，而模糊控制指标包括加速度减震率和相对位移控制率，还可以包括其他模糊控制指标，可根据实际情况自行设定。
94.需要说明的是，在实施例3的设计阶段可以通过仿真得到支撑板1的地震响应全过程数据，进而调整控制方法。而在实际应用过程中仅能获取当前的振动数据，因此，可以间隔一段时间(例如0.5s)更新一次输入的振动数据，计算加速度减震率ra和相对位移控制率rd，进而调整输入阻尼部件3的电流，实现智能控制。
95.步骤s2具体包括：
96.步骤s2.1、根据相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板1的加速度数据，确定相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板1的加速度峰值；其中，置顶和置底的支撑板1分别表示的是包含两个智能隔震组件的智能隔震装置中的上层支撑板1-1和下层支撑
板1-3。
97.步骤s2.2、根据相邻两个智能隔震组件中置顶和置底的支撑板1的加速度峰值，确定加速度减震率。
98.其中，所述加速度减震率为相邻两个智能隔震组件中置顶的支撑板1的加速度峰值(a
x,top
，a
y,top
)与置底的支撑板1的加速度峰值(a
x,bot
，a
y,bot
)的比值，x、y方向分别进行计算，如式(1)、式(2)所示：
99.r
a,x
＝a
x,top
/a
x,bot
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
100.r
a,y
＝a
y,top
/a
y,bot
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
101.其中，r
a,x
表示x方向上的加速度减震率，r
a,y
表示y方向上的加速度减震率；a
x,top
、a
y,top
分别表示上层支撑板1-1在x方向、y方向上的加速度峰值，a
x,bot
、a
y,bot
分别表示下层支撑板1-3在x方向、y方向上的加速度峰值。
102.步骤s2.3、根据相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板1与中间的支撑板1之间以及中间的支撑板1与置顶的支撑板1之间的相对位移数据，确定相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板1与中间的支撑板1之间以及中间的支撑板1与置顶的支撑板1之间的相对位移量与容许位移量(容许位移是一个预先设计出的参数，表示的是滑块离导轨边缘的距离，在容许位移内保证滑块不掉落，因此，容许位移量是一个在设计阶段得到的已知值)；其中，中间的支撑板1表示的是包含两个智能隔震组件的智能隔震装置中的中层支撑板1-2。
103.步骤s2.4、根据相邻两个智能隔震组件中置底的支撑板1与中间的支撑板1之间以及中间的支撑板1与置顶的支撑板1之间的相对位移量与容许位移量，确定相对位移控制率。
104.其中，所述相对位移控制率为相对位移量与容许位移量的比值，x、y方向分别进行计算，如式(3)、式(4)所示：
105.r
d,x
＝d
x
/d
x,tol
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
106.r
d,y
＝dy/d
y,tol
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
107.其中，r
d,x
表示x方向上的相对位移控制率，r
d,y
表示y方向上的相对位移控制率；d
x
、dy分别表示x方向、y方向上的相对位移量，d
x,tol
、d
y,tol
分别表示x方向、y方向上的容许位移量。
108.通过步骤s2计算得到的模糊控制指标后，对地震响应进行模糊化处理，将模糊控制指标划分为5个模糊子集{vs，s，m，b，vb}，分别表示模糊控制指标的值很小、小、中等、大、很大的五种程度。其中，加速度减震率ra通常小于1，当加速度减震率大于1时则表示隔震装置失效，没有隔震效果，或者隔震装置设计不合理，或者隔震装置损坏。而相对位移控制率一般小于1，当相对位移控制率大于1则表示隔震装置损坏。加速度减震率ra的不同模糊子集的隶属度函数如图9所示，相对位移控制率rd的不同模糊子集的隶属度函数如图10所示。
109.磁流变阻尼器的出力方向与支撑板1的运动方向相反，出力大小通过电流控制，电流控制率ri为当前输入电流与最大容许电流的比值，由式(5)计算：
110.ri＝i/i
tol
ꢀꢀꢀꢀ
(5)
111.其中，ri表示电流控制率，i表示当前磁流变阻尼器的输入电流，i
tol
表示磁流变阻尼器的最大容许电流。i
tol
为已知的额定值，因此，在得到电流控制率ri后，即可计算得到磁流变阻尼器的输入电流i，即磁流变阻尼器的控制电流，通过调节输入电流i的大小，即可调
节磁流变阻尼器的出力大小，即施加到支撑板1上、阻止支撑板1运动的阻尼力的大小。
112.本实施例将电流控制率ri也划分为5个模糊子集{vs，s，m，b，vb}，不同模糊子集的隶属度函数如图11所示。
113.需要说明的是，模糊子集的划分和隶属度函数的选取没有特定准则，例如隶属度函数可以选择三角形隶属度函数，还可以选择高斯型、z型或s型隶属度函数，因此，模糊子集的划分和具体隶属度函数并不是固定的、唯一的，可根据仿真结果的实际情况自行进行调整。
114.步骤s3、采用遗传算法确定模糊规则控制表中难以通过专家经验给出的模糊控制规则。所述模糊规则控制表中包括所述模糊控制指标和对应的模糊控制规则以及无法通过专家经验确定的模糊控制规则，如表1所示。
115.模糊规则是模糊控制的核心，模糊规则由许多“若
…
则
…”
的模糊条件判断语句组成，反映出了专家的控制经验。本发明采用加速度减震率ra和相对位移控制率rd作为双参数输入，电流控制率ri作为输出，模糊控制规则如表1所示。对于隔震设计而言，加速度降低的代价通常是位移显著增大，二者具有负相关性，因此，可初步确定以下基本模糊控制规则：
116.1)当加速度减震率ra大且相对位移控制率rd小时，电流控制率ri小，此时以降低加速度为主要目标，应降低阻尼力；
117.2)当加速度减震率ra中等且相对位移控制率rd中等时，电流控制率ri中等，此时在可接收的震动范围内，可以不进行操作；
118.3)当加速度减震率ra小且相对位移控制率rd大时，电流控制率ri小，此时以降低位移为主要目标，应增大阻尼力。
119.表1模糊规则控制表
[0120][0121][0122]
根据上述基本模糊控制规则和表1可以看出，由于经验缺乏，模糊控制规则难以完全确定，无法通过专家经验确定出模糊规则控制表即表1中所有的模糊控制规则(表1空白表示未知的模糊控制规则)。而本发明采用遗传算法的目的就在于确定出模糊规则控制表
即表1所有的模糊控制规则，将模糊规则控制表即表1补充完整。
[0123]
此时，通过步骤s3采用遗传算法获取最优的模糊控制规则，如图8所示，步骤包括：(1)确定优化指标index，即评价控制规则优劣的指标，以加速度减震率ra和相对位移控制率rd的线性组合进行确定，如式(6)所示，组合系数α能够反应加速度和位移的相对重要性，可根据实际情况确定，通常组合系数α可取0.5，即加速度和位移具有同等的重要性；(2)随机生成n种模糊控制规则(即初始种群)，即表1中难以确定的控制规则，针对每种控制规则进行模拟或仿真，从而能够计算出优化指标；(3)对初始种群开展交叉、变异等遗传操作，生成第一代种群，进一步进行仿真并计算出该次仿真后的优化指标；(4)从初始种群和第一代种群中选择其中n个优化指标最优的个体，进行交叉、变异等遗传操作，生成第二代种群；(5)重复步骤(4)，利用最新的两代种群进行交叉、变异等遗传操作，直至达到预先设定的种群代数；(6)选取多次遗传操作后得到的其中最优的个体作为最终的最优模糊控制规则。
[0124]
index＝αra (1-α)rdꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0125]
其中，index表示计算得到的优化指标，α为组合系数，本实施例中α＝0.5。
[0126]
本发明步骤s3具体包括：
[0127]
步骤s3.1、根据所述加速度减震率和所述相对位移控制率两个模糊控制指标，确定优化指标；
[0128]
步骤s3.2、随机生成模糊规则控制表作为初始种群；
[0129]
步骤s3.3、对初始种群开展遗传操作，生成子代种群；
[0130]
步骤s3.4、从初始种群和子代种群中，选择n个优化指标最优的个体开展遗传操作，生成下一代种群；
[0131]
步骤s3.5、进行仿真并计算优化指标值；
[0132]
步骤s3.6、重复执行将最新的两代种群作为父代种群，选择优化指标最优的n个个体开展遗传操作，生成新的子代种群，直至达到预先设定的种群代数；
[0133]
步骤s3.7、选择最新的种群中优化指标最优的个体作为最终的模糊规则控制表。
[0134]
步骤s4、根据所述模糊控制指标和所述模糊控制规则进行模糊推理，获得模糊控制结果。所述模糊控制结果用于获取控制命令，所述控制命令为调节阻尼部件3输入电流的大小的控制命令，通过调节阻尼部件3输入电流的大小，以调节阻尼部件3施加到支撑板1上的阻尼力，从而阻止支撑板1的运动。
[0135]
在步骤s3确定模糊控制规则后，即可根据模糊控制规则对模糊输入进行推理，得到模糊输出。如表1所示，共包含25个模糊规则，推理方法包含两种：第一种是首先求出25个模糊规则的总和，再根据输入(加速度减震率、相对位移控制率)推理得到输出；第二种是根据输入激活的模糊规则分别进行推理，再合成为最终结果。
[0136]
例如，当加速度减震率ra为0.2，相对位移控制率rd为0.8时，加速度减震率ra属于vs、s、m的隶属度分别为0.5、0.3333和0.0009，相对位移控制率rd属于b、vb的隶属度分别为0.3333和0.5。此时，按照加速度减震率r
a-相对位移控制率r
d-电流控制率ri的顺序进行查找，共激活vs-b-b、vs-vb-vb、s-b-b、s-vb-b、m-b-m、m-vb-b六条规则，根据公式(7)(8)可得r
i*
＝0.3333b∪0.5vb∪0.3333b∪0.3333b∪0.0009m∪0.0009b＝0.3333b∪0.5vb∪0.0009m，结果如图12所示。
[0137][0138][0139]
其中，表示模糊控制结果，input*表示模糊推理的输入，rulei表示第i条模糊控制规则，i表示模糊控制规则的编号，r
i,i
表示根据第i条模糊控制规则确定的模糊控制结果。
[0140]
步骤s5、对所述模糊控制结果进行反模糊化，获得控制命令。
[0141]
模糊推理完成后，采用最大隶属度平均值法对模糊输出进行反模糊化。根据图12，当加速度减震率ra为0.2，相对位移控制率rd为0.8时，电流控制率ri最大隶属度为0.5，对应的电流控制率ri数值为(0.875 1)/2＝0.9375，即磁流变阻尼器的控制电流即输入电流为最大容许电流的0.9375倍。
[0142]
步骤s6、根据所述控制命令，调节阻尼部件3的输入电流的大小，改变磁流变阻尼器的工作性能。即按照步骤s5得到的控制电流调节阻尼部件3的输入电流，实现对阻尼部件3的阻尼力的调节。由于阻尼部件3的阻尼方向与滑动部件2的滑动方向相反，阻尼部件3施加的阻尼力会阻止滑块2-2在导轨2-1上的振动，从而达到调节阻尼部件3即磁流变阻尼器向支撑板1振动方向施加阻尼力的目的。
[0143]
本发明提出了一种组合式的智能隔震装置和控制方法，装置中的各元件具有清晰、独立的功能，智能隔震组件可进行任意组合，满足不同隔震方案的性能需求，适用于各种类型的文物、设备等，智能隔震装置在设计时各元件具有解耦特性。本发明采用模糊控制方法调整磁流变阻尼器的工作性能，使隔震装置在不同类型的震动下均具备可靠、稳定的性能，提升了隔震效果。本发明通过遗传算法确定模糊控制规则，结合专家意见与遗传算法，能够获取到高效、可靠的模糊控制规则，提高隔震装置的控制效果。
[0144]
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。