实时混合试验的自适应时滞补偿方法

实时混合试验是由拟动力试验发展而来,时滞问题是实时混合试验的核心问题。传统时滞补偿方法往往假定试验中时滞不变,然而加载系统的非线性以及试件性能的变化可能导致系统时滞变化,使得此类方法性能不够理想。该文针对变时滞实时混合试验提出了基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法。该方法将伺服系统简化为离散模型,通过在线参数估计确定系统状态,从而对伺服系统进行在线时滞补偿。该文首先阐述了该方法的原理,再通过数值模拟验证了方法的可行性与精度,并分析了不同模型对补偿的影响。     

磁流变阻尼器的自适应时滞补偿实时混合试验

时滞及补偿问题是实时混合试验的核心问题。在磁流变阻尼器的实时混合试验系统中,磁流变阻尼器的强非线性导致加载系统时滞波动,适用于定时滞系统的常规时滞补偿方法的补偿效果不够理想。针对此类问题,采用基于模型参数识别的自适应时滞补偿方法开展实时混合试验。阐述了该方法的原理,并通过磁流变阻尼器实时混合试验的数值模拟及真实试验验证了方法的有效性。     

基于实时混合试验误差累积规律的时滞影响修正方法

为减小实时混合试验中的时滞影响,通常要对数值子结构计算得到的控制指令进行在线时滞补偿。为了保障实时性,要求作动器的负载不宜过大并处于最佳的性能区间。由于大比尺实时混合试验中物理子结构负载较大,对控制系统和作动器性能都提出较高的要求。此外,目前时滞补偿算法是无法完全消除时滞影响的,也即,时滞普遍存在于实时混合试验中且无法避免。针对上述问题,基于双显式数值积分算法的误差累积规律,该文提出了一种可以在试验后对试验结果进行修正以消除时滞不利效应的方法。分析了时滞对于实时混合试验结果的影响,对较大时滞情况下,尽管系统稳定,但可能得到“错误”的试验结果;通过理论推导,证明提出方法的合理性和适用性;通过4种实时混合试验工况的模拟,验证物理子结构分别为线性刚度、线性阻尼、非线性刚度及非线性阻尼构件的时滞修正效果。结果表明:所提出的方法可以显著降低时滞对于试验结果的影响;该方法对试验中时滞补偿效果不理想的情况,可以对位移、速度和加速度结果进行修正。     

高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究EI北大核心CSCD

为对高速列车减振器开展低沉本、高精度的试验研究,开展了高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究。取抗蛇行减振器为试件并物理加载,取车辆动力学系统其余部分来数值模拟,通过实时计算、实时加载来共同完成动力试验。研究了加载系统时滞对试验结果的影响,比较了常速度时滞补偿方法和自适应时滞补偿方法的补偿效果。结果表明,对该方法而言,时滞补偿很有必要;相较于常速度的时滞补偿方法,自适应时滞补偿方法具有更好的补偿效果。该研究可为高速列车减振器动态性能分析以及列车抗蛇行性能评估提供试验方法支撑。     

二阶段在线迭代时滞补偿方法及试验验证

实时子结构试验是结构抗震性能研究的重要方法之一;有研究表明,液压伺服系统的时滞在实时子结构试验中产生负阻尼效应,导致试验结果不准确;而试验中时滞是时变参量,无法事先测得;因此,对实时子结构试验控制系统进行时滞补偿具有重要意义。介绍了二阶段时滞补偿的原理,将系统时滞分割为空载定时滞和负载变时滞,提出基于二阶段时滞补偿的控制方法,设计实时计算系统时滞的方法。经数值模拟和刚性构件实时子结构试验,验证所提出的时滞补偿方法具有精度高、鲁棒性好的特点。     

基于最小二乘法的时滞实时在线估计方法

在实时子结构试验中,液压伺服加载系统的时滞可能导致试验因丧失稳定而失败,因而时滞估计和补偿是该类试验的关键问题之一.在分析另外两种实时子结构试验时滞估计方法缺点的基础上,根据泰勒级数建立了命令位移、响应位移和系统时滞之间的近似关系,提出了采用渐消记忆递推最小二乘算法实时在线估计系统时滞的方法.时滞估计算例表明,即使考虑了随机测量误差和幅值误差,该方法也具有较好的反应速度和精度,能较好地跟踪系统时滞的变化.实时子结构试验时滞补偿算例表明,所提出的估计方法的精度、反应速度和时滞补偿效果都比较理想.与另外两种实时子结构试验时滞估计方法相比,该方法具有一定优势.     

实时混合试验的自适应线性二次高斯时滞补偿方法研究

时滞补偿是实时混合试验(RTHS)成功非常关键的环节,传统时滞补偿方法主要针对建筑结构实时混合试验设计,主要关注低频的时滞补偿能力,但航空、交通等领域的结构频率较高,甚至超过10 Hz,高频信号对结构响应的影响不可忽略,较高的结构频率要求更小的时滞保证稳定性,对其进行实时混合试验需要在较宽频带上实现时滞补偿。该文提出了自适应线性二次高斯算法(ALQG)提高对高频信号的时滞补偿能力和稳定性。采用不同轨道梁截面刚度参数的桥梁作为数值子结构进行实时混合试验,检验ALQG算法在车桥耦合系统RTHS中时滞补偿的有效性和稳定性,并与采用ATS的结果进行比较。试验结果表明:ALQG算法能够较好补偿RTHS中的高频信号,补偿效果优于ATS算法。     

多自由度实时子结构试验系统稳定性分析方法

实时子结构试验将数值模拟和物理试验相结合,充分发挥各自优点,为工程结构研究提供了一种新的试验手段。系统稳定性是保证实时子结构试验成功实现的前提,但现有研究成果主要针对单自由度结构,多自由度系统稳定性评价方法所需参数相对复杂、稳定性指标物理意义不够明确。该文结合振型叠加法和增益裕度概念发展了多自由度稳定性分析方法,通过试验验证了该方法的有效性。同时运用该方法就时滞补偿下实时子结构试验系统稳定性进行了评估,并阐述了时滞补偿对实时子结构试验系统稳定性的影响机理。研究结果表明该方法能准确评价多自由度子结构试验系统稳定性,时滞补偿对子结构稳定性可能产生有利也可能产生不利影响。     

基于近完全时滞补偿方法的隐式实时混合试验方法

实时混合试验是一种新型结构抗震混合试验方法。隐式逐步积分算法虽然具有稳定性好的特点,但在实时混合试验中实施困难。文章在分析两种多自由度隐式实时混合试验方法的基础上,结合近完全时滞补偿方法,提出了一种新型隐式实时混合试验方法,并分析了该方法的性能。数值模拟表明,该方法具有较高的收敛速度和计算精度,能够同时考虑时滞补偿,能满足自由度数目较多的多自由度结构实时混合试验的要求。     

基于加性误差模型的实时混合试验自适应时滞补偿方法

实时混合试验是评估结构动力性能的有效方法，但由传递系统和物理试件的动力特性，以及二者之间的相互作用引起的时变时滞严重影响其精度和稳定性。针对此问题，提出一种基于加性误差模型的自适应补偿方法。该方法将传递系统和物理试件所组成的系统分解为名义模型和加性误差模型，以名义模型的逆作为前馈控制器消除系统大部分时滞，并基于加性误差模型设计自适应补偿器进一步消除残余时滞。研究表明，所提方法可有效提高实时混合试验的模拟精度，显著降低时滞补偿器对自适应律的依赖性，表现出较强的鲁棒性。     

实时混合模拟逆补偿参数α的研究

时滞补偿是保证实时混合模拟试验效果的重要环节之一,其中逆补偿方法尽管简单易行,但往往存在补偿不足的问题。该文从频域角度对逆补偿的离散传递函数进行分析,证明逆补偿方法所能补偿的时滞与预测时滞和信号的频率有关,信号频率越小,补偿的结果越接近预测时滞。基于频域评价指标,对位移追踪试验进行了数值模拟和实验室测试,进一步证明逆补偿参数α与补偿的时滞存在10%左右的误差。最后,基于已有的实时混合模拟试验数据,建议当作动器时滞在10 ms~30 ms、结构频率在0.5 Hz~3 Hz时逆补偿参数α取1.1倍预测时滞;对于其他情况,应根据离散函数确定参数α的取值。     

基于时滞追踪的实时混合试验自适应补偿方法

实时子结构试验方法因其高效、适用面广,近20年来受到结构试验领域的重视。虽然近年来硬件技术有所提升,但仍受到一些限制,例如,作动器加载时运动机构和控制回路存在时滞,导致无法准确地施加位移。故实时子结构试验中,如何消除时滞影响成为试验成功与否的关键所在。为了减小和消除实时子结构试验中时滞的不利效应,该文首先根据液压伺服作动系统和Simulink建立了实时子结构试验平台,而后提出了基于时滞追踪的自适应补偿方法,最后采用数值仿真和子结构加载试验进行了验证和参数分析。结果表明:该算法可根据作动系统负载不同对时滞实时自适应地补偿,从而避免迭代试验。该方法不改变原控制器固有算法,也无需对系统时滞参量进行预判定或系统辨识,只需将提出的自适应补偿算法串联接入到系统之中即可,实用性、鲁棒性好。算法对非线性系统导致的时变时滞效应也有理想的补偿效果,通过一个铝合金梁的弯曲测试说明了该算法的正确性,可推广应用于结构实时仿真试验。     

实时混合试验近完全时滞补偿方法的参数确定

实时混合试验是在拟动力试验方法的基础上发展起来的、能够考虑试件率相关力学性能的新型抗震试验方法,时滞补偿是该方法的重要问题。在前期近完全时滞补偿方法的研究基础上,该文研究了该方法的参数确定原则和该补偿方法的性能。近完全时滞补偿方法通过过预测结构位移响应并提前发送,实现实测位移超前期望位移;接着从实测位移数据中寻找与期望位移最接近者,以及与其对应的实测反力,并作为试件反力反馈到数值积分中。数值模拟表明无法回搜到与期望位移相等的实测位移时,方法可能发散。为了确定回搜跨度,分析了试验中可能出现的情况,针对每种回搜时间跨度区间分析了可能存在的最优反力-期望位移滞回环。进一步的数值模拟和真实试验验证了分析的正确性。试验也表明方法具有较好的精度。     

基于内环H_∞控制的实时混合试验

实时混合试验将结构的关键部位作为试验子结构进行试验,而其余部分作为数值子结构在计算机中模拟,并通过作动器或振动台对试验子结构进行加载来实现二者边界条件的协调。由于作动器-试件系统复杂的非线性动力特性,传统的PID控制器性能受到一定影响,必须采用时滞补偿方法或外环控制消除作动器-试件系统的非线性动力特性影响,才能保证实时混合试验的成功。为在作动器内环消除作动器-试件系统非线性动力特性的影响,采用基于混合灵敏度的H_∞控制理论设计实时混合试验作动器内环控制器,并研究了这种方法的可行性。数值仿真表明,H_∞控制器表现出较好的跟踪性能并具有一定的鲁棒性;单自由度线弹性结构实时混合试验证明了该方法在作动器内环控制上的可行性。     

有限元实时耦联动力试验的时滞稳定性研究

该文针对数值子结构使用有限元模型的实时耦联动力试验(FE-RTDHT)系统,建立了考虑加载体系时滞及其补偿的动力分析模型。采用根轨迹方法,进行了FE-RTDHT算例的时滞稳定特性分析,并对稳定性分析结果进行了数值仿真验证。研究结果表明:时滞明显改变了FE-RTDHT系统固有模态的动力特性,使得试验子结构质量必须小于某一临界值才能保证试验系统的稳定;三阶多项式预测补偿可以明显改善系统固有模态的动力特性,但是对系统稳定性的影响与系统失稳机理相关。     

基于UKF模型更新的混合试验方法

在混合试验中,将结构划分为物理子结构和数值子结构两部分。对遭遇强震下大型结构的混合试验,很难保证数值子结构仍处于弹性阶段。为确保数值子结构模型的准确性,提出基于Unscented Kalman filter (UKF) 模型更新混合试验方法。该方法假定数值子结构与物理子结构恢复力模型相同,在混合试验进行中利用物理子结构试验观测数据,采用UKF方法在线识别物理子结构模型参数,实时更新数值子结构模型参数。通过数值模拟,应用UKF方法对单自由度结构非线性模型进行在线参数识别,验证UKF方法性能;通过对弹簧试件实际试验,验证该混合试验方法的有效性。结果表明,基于UKF模型更新混合试验方法较传统混合试验方法精度更高。     

防屈曲支撑的实时能量守恒子结构试验

为了提高子结构试验技术对非线性结构的稳定性,把无条件稳定的能量守恒逐步积分方法实施于子结构试验中,提出基于该逐步积分方法的子结构试验方法(以下简称能量守恒子结构试验方法)。采用等效力控制方法求解隐式差分方程。为解决实时能量守恒子结构试验时滞问题,利用三阶外插补偿原理给出时滞补偿时的等效力命令计算公式。实现了非线性防屈曲支撑试件的实时能量守恒子结构试验,试验结果证明了提出的试验方法对非线性结构具有可行性,等效力控制方法解决非线性隐式方程迭代问题是有效的,同时说明应用三阶外插补偿原理进行等效力命令时滞补偿具有很好的补偿效果。     

基于子结构试验的土-结相互作用实现研究

传统的土-结相互作用试验由于加载系统的出力和尺寸限制,目前只能进行大比例缩尺试验,且对于大跨空间结构、桥梁等长大型结构考虑土-结相互作用的地震作用性能,目前的试验设备也存在局限。而实时动力子结构试验方法将试验对象不可建模部分在实验室进行物理试验,剩余部分作为数值模型进行建模,二者保证同步可对整体试验对象性能进行模拟,克服了传统土-结相互作用试验研究的不足。该文应用动力子结构试验方法,对土-结相互作用问题进行了研究,建立了整体试验模型及混合动力子结构试验模型,并通过试验进行了验证。利用该文发展的子结构试验技术,分别对多跨连续刚构桥梁和钢筋混凝土高墩大跨度刚构桥梁考虑土-结相互作用抗震性能进行了试验研究,试验结果表明该方法存在一定应用价值。     

大时间常数传感器动态特性的在线实时补偿

在测控系统中传感器通常都位于系统的反馈通道.大时间常数的传感器严重地影响着系统的实时调节,为此,对大时间常数的传感器进行在线的实时补偿是十分必要的.本文通过分析,给出了对大时间常数传感器动态特性进行在线实时补偿的算法,该算法根据传感器在当前以及此前若干时刻的测量输出值yk,yk-1,yk-2直接给出现场被测量实际值的估计值xk,从而摆脱了由于大时间常数传感器的惯性给系统的实时调节带来的困难.为了实现对传感器的动态特性进行补偿,文章还给出了对传感器模型进行在线辨识的方法.     

考虑补偿的多自由度实时耦联动力试验时滞稳定性分析

该文首先建立考虑振动台响应时滞和时滞补偿策略的多自由度实时耦联动力试验的数学模型.然后以二层和三层框架结构为例,采用基于Padé展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性.最后利用试验验证了理论分析得出的稳定条件.结果表明:时滞要求物理子结构和数值子结构的质量比小于一定的临界值才能保证试验的稳定;该临界值随时滞和结构自振频...