图4 ATMD系统的简化模型
作为主动控制装置，ATMD系统在结构与TMD系统之间引入了一个主动控制力，克服了TMD系统的启动滞后问题，且提高了TMD的有效性和鲁棒性。近年来，许多学者对ATMD系统进行了广泛的研究[15-19]。实际中，安装于实际建筑中的控制装置也大部分是这种ATMD系统。可见，ATMD系统是一种有很好应用前景的控制装置。
李春祥和周岱[15]基于地震动模型评价了ATMD的减震性能，基于定义的评价准则和Kanai-Tajimi地震动模型，研究了地震卓越频率（EDF）对ATMD系统的最优参数、有效性和冲程的影响。数值结果表明，在设计ATMD控制结构的位移时需满足EDFR≤1.0的条件；否则，ATMD的质量比应控制在小于或等于0.02的范围内。
李春祥和许志民[16]等基于Kanai-Tajimi地震地面运动模型和定义的评价准则,考虑DGFR的不同取值,研究了DGF对不规则建筑在不同程度偏心下ATMD系统的最优参数和有效性的影响。
欧进萍, 张春巍[17]等以大连市某高层建筑的实际工程为研究背景, 通过对采用ATMD系统控制的高层建筑风振和地震反应的仿真分析和系统的参数优化设计,得到了采用主动控制进行工程结构控制设计的一般性步骤。并以结构的脉动风荷载为输入进行子系统的参数优化分析, 确定了系统的最优物理参数并得到了系统的最佳刚度调整系数为0.6。并且证明采用ATMD系统控制超大型高层钢筋混凝土结构的风振和地震反应是可行的。
张静怡[18]在其硕士论文中对高层建筑主动单个和多重调谐质量阻尼器的风致振动进行了研究。以结构的位移和加速度方差为控制目标，在频域内研究了高层建筑ATMD和AMTMD风致振动的性能，并做了比较。并基于一栋实际建筑，对风荷载作用下的高层建筑的ATMD/AMTMD系统的风振响应进行了仿真分析。
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证明了ATMD/AMTMD在不同的结构自振频率下，能有效控制高层结构的风振反应，控制效果明显优于相应的TMD系统。且在频域内，通过优化可以求得ATMD/AMTMD的最优参数，从而进一步提高高层结构的风致振动控制性能。
ATMD系统优于被动TMD系统，但需要可靠的大功率外部能源供给，操作维护费用昂贵，对时滞效应也很敏感。在实际操作中，测量读取结构的响应，计算所需的控制力以及把反力施加在结构上不可能同时完成。由此产生的时间滞后效应会削弱ATMD系统的控制效果，强震下甚至会引起失稳。因此，主动ATMD系统多数是用来减小风振和中等程度的地震反应。
对于高层建筑特别是超高层建筑的振动控制，当遭遇强风荷载时，采用TMD系统或MTMD系统需要巨大的质量块，而使用ATMD系统需要巨大的控制力，这些会给实际应用带来很大的困难。鉴于这一情况，李春祥等[19]提出了一种新控制策略——主动多重调谐质量阻尼器(Active Multiple Tuned Mass Dampers,简称AMTMD)。AMTMD控制系统频率呈线性分布，AMTMD系统中的MTMD系统保持相同的刚度和阻尼系数但质量变化。数值分析表明，AMTMD比MTMD和ATMD具有更好的有效性和鲁棒性。
3.4 SATMD系统
无论ATMD还是AMTMD，时间滞后效应都会削弱它们的控制效果。鉴于此问题，半主动调谐质量阻尼器( Semi-Active Tuned Mass Damper, SATMD )被提了出来，并引起了广泛关注，先后有很多学者对其进行研究[20-24]。SATMD具有刚度和阻尼可变的能力，因此适应能力强。同时维护简单，对外部能源要求较低，可靠性和鲁棒性都很好。学者们研究了SATMD对简谐载荷下单自由度结构系统的减振效果，结果证明它对结构的稳态响应有明显的抑制作用。因此，SATMD是一种比ATMD和TMD更有希望和潜力的控制方式。
半主动控制是通过设置刚度或阻尼启闭装置时变地调整结构动力特性，来达到减少结构动力响应的目的，基本不需外部能源。半主动调谐质量阻尼器模糊控制系统是一种TMD子结构半主动控制系统，如图5所示。主要包括：信号采集系统、模糊控制器、机械装置等三部分。该控制系统构造简单，可全部实现硬件化，控制系统中只有模拟量，可避免控制计算和信号转换所引起的时滞问题。
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图5 SATMD系统的简单模型
韩兵康和杜冬
[21]
在文献中介绍了SATMD系统的发展动态，包括其控制思想
和最优化方法。重点评述了阻尼调整型、刚度调整型和初始条件调整型三种类型的SATMD系统。指出了单纯的阻尼调整型发展已趋于极限，而刚度调整型和初始条件调整型将是SATMD系统最有潜力的新方向。
SATMD系统也存在一些缺陷：第一，时滞效应；第二，对脉冲式激励或突变激励反应迟缓，这是阻尼调整型SATMD的缺陷；第三，缺少从整个减振过程的眼光去研究SATMD系统最优控制的研究。
3.5 HMD系统
为了弥补单一控制系统单独工作时的缺陷与不足，主被动混合HMD系统的概念被提了出来。HMD系统是由TMD系统和ATMD系统构成的混合控制系统。在较小的惯性质量和做动器出力的情况下，可以实现较大的控制效果。HMD系统具备主动控制与被动控制的长处，具有减振效果好、可靠性高、经济合理、现实可行等优点，具有较好的应用前景。
HMD系统一般可分为三种方式：（1）中、小地震时采用ATMD系统控制，当地震时要求的出力超出控制系统的能力时，系统切换到TMD系统控制。（2） 风荷载及中、小地震时采用TMD系统控制，在大风（100年一遇）及大地震时采用ATMD系统控制方式，以取得更好的控制效果。（3）一个方向用TMD系统控制，另一个方向用ATMD系统控制。
刘福义、任军和膝军等[25-26]研究了HMD系统在深圳地王商业大厦风振控制中的应用性能。证明了HMD系统对于降低地王商业大厦风振响应、提高结构系统安全性是有效的。 应用附加的ATMD系统对被动控制的TMD系统施加主动控制作用, 提高系统对结构控制的惯性力, 改善被动控制TMD系统的工作状态, 使
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TMD系统对结构的控制效果大大提高, 且不需要较大的控制力, 较主动控制系统更经济、更可行。
4.TMD系统的典型应用
美国最早开始进行振动控制理论的研究并将TMD系统应用到了高层建筑。自20世纪70年代以后，TMD系统开始大量应用于实际工程中：美国波士顿John Hancock大楼在顶部安装了两个300t 的TMD系统；美国纽约前世界贸易大厦中心大楼在第63层安装了360t 的TMD系统；台北101大厦在 87至 91楼层安装了一个TMD系统，在高度为450m-508m的尖塔部分，也设置了两个小型的TMD系统。上海环球金融中心大楼在394m（90层）处布置了两个ATMD系统。阿联酋迪拜的七星级大酒店顶部安装了12个TMD系统来控制结构的振动响应。
5.研究展望
（1）在未来的研究工作中，可以考虑如何将新材料、新理论、新方法，诸如记忆合金、遗传算法、神经网络、模糊控制、参数识别、人工智能等紧密地与TMD系统结合，找出更有效、更稳定的振动控制策略和方法，设计出功能更强大、使用更方便的控制系统。
（2）由于绿色环保的需要，可以考虑研制一种具有双重功能的TMD系统，该系统不仅能够降低由风作用或地震作用引起的结构响应，还可以采集由于风作用在高楼上产生的振动能量而加以利用，而不像传统方法那样消散振动能量转化为热能。该方法能够将TMD系统和建筑之间的振动转化为电能，并用于振动控制或为大楼电网提供电能。这将是一种能够同时提供振动控制和回收振动能量的绿色建筑技术，很有实用价值。
6.结语
随着人们居住空间越来越多地向空中发展，高层乃至超高层建筑层出不穷， TMD系统有了它的用武之地。目前，几乎所有已建和在建的超高层建筑都安装有TMD系统，故可以预见TMD系统的前景广阔。但系统自身也有不足和缺陷，需要不断地对其进行研究和改进，让其更好地为人类服务。
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