空间网格结构以其新颖的结构形式、优雅的建筑造型和强大的跨越能力等优点,已被广泛地应用于公共建筑和工业建筑等领域。特别是近年来,随着我国一些重大社会经济活动的开展,建设了一批高标准、高规格的体育场馆、会议展览馆、机场航站楼等社会公共建筑,这些建筑在提供强大功能的同时,往往作为重大工程也是一个城市或国家的标志性建筑,故保证其在地震、台风等动力荷载作用下的安全性就尤为重要。但随着此类结构跨度增大、高度增加以及结构形式的日益复杂,按照传统方法设计的工程结构在强地震/强风等作用下,往往会产生较大的动力响应,造成破坏或倒塌。近年来发展迅速的振动控制技术为保障这类结构的安全可靠提供了一个新途径。本文主要针对地震作用下空间网格结构的受力和变形特点,利用超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material-GMM)特殊的物理力学性能,研发GMM主动控制系统,提出相应的控制理论和工程应用技术。主要工作和研究内容包括:(1)在充分研究GMM的变形机理及磁控特性的基础上,以其为核心元件并结合空间网格结构地震响应主动控制的需求,研发了2种新型作动器,并从磁场、磁路、预压力装置、温控装置等方面系统地分析了作动器的工作原理和构造方法,重点进行了磁路的优化与分析,探讨了相应的的磁力学性能,建立了作动器的电磁有限元分析与设计模型。(2)采用HT-2402多功能伺服控制试验机,对文中研发的GMM作动器进行了磁-力耦合性能试验,分析了不同预压力下输出性能与驱动电流的关系,找出了保证输出性能最优时的预压应力,探讨了GMM作动器的输出力-输出位移之间的规律,同时根据试验结果,建立了GMM作动器的电流驱动模型,具有较好的适用性。(3)分析了GMM的磁致伸缩逆效应机理,探讨了GMM作动器的自传感特性并对其进行了相应的试验研究,总结了各种参数对其应力传感性能的影响规律,验证了应用GMM作动器的自传感特性进行空间网格结构杆件应力传感的可行性,并分析了其作为自传感作动器进行结构抗震监测控制的基本原理和实现方法。(4)对空间网格结构主动控制系统的组成及控制理论进行了全面分析,基于现代控制理论,建立了结构的状态空间模型,并对受控结构主动控制的有限元建模方法进行了深入研究,推导了空间网格结构中普通杆件、GMM作动器、GMM主动杆件的动力限元学模型,提出了GMM主动杆件的控制力位置矩阵的集成方法。(5)分析了GMM主动杆件在空间网格结构中的优化配置方法,研究了评价空间网格结构中GMM主动杆件布置位置优化的性能指标,并设计了适应度函数;提出了基于遗传算法的优化策略实现方法,利用MATLAB软件编写了适应度函数程序并应用GADS工具箱进行了优化计算,不仅提高了优化设计的计算效率,而且可保证结构的整体优化;编写了LQR控制算法程序并对空间网格结构进行了地震响应主动控制的动力时程计算,通过分析多种工况下的动力时程计算结果,验证了应用遗传算法对GMM主动杆件进行优化配置的有效性和可行性。(6)分析了模糊控制系统及模糊控制器设计的基本理论,应用MATLAB软件中的模糊逻辑控制工具箱,设计了一种双输入单输出的二维模糊控制器,从位移和速度的相互关系中寻找控制策略,从而得到模糊控制力以控制结构的地震响应;针对空间网格结构地震响应的模糊控制,根据文中设计的模糊控制器,应用MATLAB软件中的SIMU LINK工具箱,建立了无控时和模糊控制时的结构地震响应分析系统,以模拟空间网格结构的地震响应过程;详细介绍了整个系统的运行原理以及系统中各个模块的功能与作用,实现了空间网格结构地震响应模糊控制系统的在线运行。(7)通过合理设计的主动控制策略,简化了控制方法,可实现对结构的在线实时主动控制;设计制作了一个凯威特型单层网壳的模型结构,进行了设置GMM主动杆件和未设GMM主动杆件的模拟地震振动台试验,试验工况共10余种。结果表明,文中提出的主动控制方法以及相应的主动控制系统能够很好地控制模型结构的地震响应,一般地控制效果可达25%以上,说明文中研制的GMM主动控制系统以及提出的主动控制方法是有效的,为主动控制技术在空间网格结构地震响应控制中的应用提供了理论和试验依据。