试件特性对地震模拟振动台控制性能影响研究(Ⅱ)——对地震记录再现精度的影响及实时补偿

常规振动台系统共振频率为20 Hz,而试验试件1阶频率最大为8 Hz,在进行地震模拟振动台控制系统设计时将试件视为刚性体,二者存在较大差异.因此,振动控制系统控制频带窄、稳定性差,降低了地震记录再现精度.本文通过系统建模分析了试件质量、频率、阻尼等因素对振动台控制性能的影响.结果表明:试件各阶频率周围频带的输入波再现精度很低,出现不同程度的放大与削弱,最大可达3倍.针对这一问题设计了实时反力补偿算法以修正试件与台面相互作用对控制系统性能的影响,在保证系统稳定性的前提下提高了地震记录的再现精度.     

对接模拟并联六自由度平台的模糊免疫PID控制

以电液伺服并联六自由度平台为研究对象,讨论了对称阀控非对称缸数学模型各部分的作用.针对外负载扰动的不确定性,提出了将免疫算法引入增量式PID(比例、积分、微分）控制器,并推导了控制律.为增强系统的稳定性和鲁棒性,采用模糊策略逼近抗体抑制调节非线性函数,并设计了模糊免疫PID控制器,将该控制器应用到空间对接半物理仿真六自由度平台中,建立了分级实时控制系统,针对系统结构参数大变化和提高跟踪响应频率设计了两组实验.结果表明,所设计的模糊免疫控制器作用良好,平台在6个自由度的实时跟踪和协同控制性能均获得满意的结果.     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于铰链结构的机械臂操作柔性负载系统建模与控制

基于铰链结构研究了机械臂协调操作柔性负载系统的动力学建模与控制问题。提出了虚拟连杆的概念,以虚拟连杆为基准运用有限元法与拉格朗日方程建立了柔性负载的运动方程和振动方程,在负载坐标空间建立了系统的动力学模型。针对振动状态的不可测量性,应用刚性控制规律设计了控制器,给出了一种补偿系统动力学对位置控制影响的方法。仿真结果验证了该方法的有效性。     

基于观测器的机械臂协调操作柔性负载的控制

为解决机械臂协调操作柔性负载状态不完全可测的问题,基于输出反馈研究了系统的控制。针对机械臂协调操作柔性负载驱动数小于自由度数,采用奇异摄动理论把协调系统降阶为快慢两个子系统。通过机械臂末端与负载接触点的部分信息和负载物理特性,建立了系统柔性坐标之间的关系,设计了观测器。通过系统特性把观测器系统误差方程转换为状态矩阵方程的形式,根据矩阵特征值的特点设计观测器参数,并把这一思想用到观测器-控制器系统的稳定性证明中。仿真结果证明了观测器和控制器的有效性。     

基于耦合滑模面的机械臂操作柔性负载系统分布参数控制

针对多变量刚柔耦合的机械臂操作柔性负载系统,提出了一种自适应滑模控制方法,研究了系统存在参数不确定性和外部干扰影响下的位置控制和振动抑制问题。系统动态特性由偏微分方程表示的分布参数模型来描述,避免了集中参数模型导致的溢出问题。基于对柔性负载的能量动态分析,设计了一种自适应滑模控制器,其中滑模面定义为关节角误差、关节角速度误差和柔性负载的根部应变和剪切力的耦合。利用LaSalle不变性原理,证明了闭环系统的渐近稳定性。最后仿真验证了所设计控制方法的有效性。     

机械臂协调操作柔性负载鲁棒神经网络控制

针对多变量刚柔耦合的双机械臂协调操作柔性负载系统,基于奇异摄动理论研究该系统有限元模型的分解以及轨迹跟踪控制问题.考虑动力学模型的复杂性,通过双时标变换将协调系统分解成表征系统大范围刚性运动的慢变子系统和表征系统弹性振动的快变子系统.基于反演思想在慢变子系统中设计鲁棒神经网络控制策略,实现系统轨迹跟踪性能;针对快变子系统,设计鲁棒最优控制策略抑制系统的弹性振动.仿真研究结果表明,该控制策略增强了系统的跟踪性能和鲁棒性.     

多连杆柔性机械手控制的遗传算法

讨论了多连杆柔性机械手末端位置的控制问题,因为基于逆动力学的控制不易保证系统的稳定性,给出了一种非线性预测与刚性运动PD反馈相结合的混合控制器,由于控制器的参数较多,且呈复杂的非线性关系,传统设计方法难以保证控制器稳定性。提出一种基于遗传算法的设计方法,采用遗传算法选择控制器的参数,配置系统的极点,通过一个双连杆柔性机械手的仿真表明,采用遗传传算法设计的系统可实现多连杆预柔性机械手末端轨迹的准确跟踪,同时能消除柔性机械手的弹性振动。     

基于MATLAB的UPS接负载特性仿真研究

UPS负载的性质和大小对整个逆变系统特性的影响较大,明确负载变化以及实际线路中各种因素对逆变系统的影响机理无疑对合理设计逆变控制系统具有重要意义.从逆变模型角度出发,主要讨论了负载变化、滤波电感和电容中的电阻以及杂散电感和杂散电阻对逆变系统动、静态特性的影响情况,用MATLAB对接不同负载的UPS系统进行仿真,从而为逆变控制系统设计做了铺垫.     

永磁同步电机鲁棒自适应位置控制

提出了一种新型的永磁同步电机(PMSM)精确鲁棒位置控制方法.在直接驱动电机控制系统中,负载转矩干扰会直接影响电机的运行.通过使用具有固定增益的负载转矩观测器可以抑制转矩干扰.然而,使用负载转矩观测器还不能精确地确定电机的磁链.为了克服未知参数、转矩干扰和抖振影响,提出了一种无差拍自适应渐进稳定观测器.通过使用李亚普诺夫稳定性定理判定系统的稳定性,确定系统稳定的临界参数.仿真结果表明,本方法能够大大减小由于参数不确定性、转矩干扰和微小抖振所导致的位置误差.     

振动台再现误差对试件响应的影响及修正方法

为了改善振动台控制精度问题,获取准确的结构响应,首先就振动台特性对结构响应的影响进行了分析,而后基于振动台输入输出响应,提出了实测结构响应修正方法.试验结果证明:修正方法较好地补偿了振动台误差的影响,修正后的试件响应能代表试件在期望地震动作用下的试件真实响应,因此,该修正方法能提高结构响应精度.     

基于加加速度的地震模拟振动台控制技术（特约稿）

地震模拟振动台试验是工程结构地震反应模拟和抗震性能观测的直接有效的手段,但由于电液伺服地震模拟振动台系统具有复杂的非线性,当伺服阀90°相移频率与系统油柱共振频率比较接近时,伺服阀特性对振动台系统特性有较大影响,严重影响系统的有效频带范围。现有的电液伺服地震模拟振动台系统的有效频带多为0.4～50 Hz,不足以满足大比例缩尺结构抗震试验的需求。为减小现有电液伺服地震模拟振动台系统的伺服阀特性对系统性能的影响和拓宽振动台系统的有效频带,在三参量控制的基础上,将加加速度反馈信号和加加速度前馈信号引入控制环节,形成一种基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法。对所提出的控制算法的控制效果进行了理论推导和系统仿真分析,揭示了加加速度反馈可降低系统油柱共振频率并减小伺服阀特性对振动台系统性能的影响,而加加速度前馈使得系统的有效频带由三参量控制下的0.35～54 Hz拓宽至0.35～64 Hz,表明所提出的基于加加速度的地震模拟振动台多参量控制算法明显改善了地震模拟振动台的控制性能。     

单向模拟地震振动台设计中的若干问题讨论

本文讨论了确定单向模拟地震振动台的主要技术参数的方法,较系统地讨论了对支承系统、侧面导向系统和台面结构等的要求,指出交叉十字形钢板弹簧支承系统是单向振动台结构的优良方案.并在振动台基础处理上,提出应注意基础的几体形状,以增大几何阻尼,从而有效地降低共振时的基础振幅.     

电液伺服地震模拟振动台模拟控制系统理论分析

本文对3m×4m单水平向,最大出力为20t的电液伺服地震模拟振动台的模拟控制系统进行了详细的理论分析.在不同载荷条件下,采用不同调节器参数对系统特性进行了计算,并且给出了最优结果.计算分析了压差反馈对系统频宽及稳定性的影响.关于本文分析的PID控制方法在地震模拟振动台上使用的理论分析计算目前还未见发表,本文的分析计算结果对地震模拟振动台的抗震实验提供了重要的理论依据.     

液压阻尼控制系统(HDS)控制底层柔性结构地震反应的频域分析

为减小结构的地震反应,将液压阻尼控制系统ＨＤＳ安装在底层柔性结构的底层,并对其进行了地震模拟振动台试验。根据试验结果在频域内对安装在底层柔性结构上的液压阻尼系统ＨＤＳ的底层柔性结构的地城坂应控制进行了研究,并分析了系统参数对ＨＤＳ工作性能的影响。     

建筑物滑动隔震试验研究及计算分析

本文进行了振动台上的刚体、单层模型及两层模型滑动隔震试验。提出了具有限位装置的滑动隔震体系的计算模型、运动方程及滑动判别条件,并编制了隔震及不隔震体系地震反应的计算程序。计算结果与试验结果符合较好。对隔震规律进行了分析。     

摇床基本数学模型的研究

简述了选矿数学模型的进展和摇床的基本数学模型.讨论了控制摇床选别的操作变量及这些变量在模型研究中的重要性.叙述了冲洗水、给矿浓度、床面倾角、床面冲程及给矿量对摇床选别的影响.介绍了依赖于确定密度和粒度的颗粒进入到具体排料位置可能性的模型形式.     

超冗余液压振动台的模态空间解耦控制

为解决超冗余振动台在带负载工作时自由度间出现耦合运动的现象,提出一种基于模态空间的解耦控制策略.建立液压伺服系统的线性化模型,将液压缸视为液压弹簧,分析超冗余振动台的振动模态方程;通过标准模态矩阵及其逆矩阵,将超冗余振动台由自由度空间转到无耦合的模态空间进行控制;在模态空间应用三状态反馈控制,通过极点配置,实现自由度间的解耦控制.仿真结果表明,该模态解耦控制策略在时域和频域内均可有效降低超冗余振动台自由度间的动力学耦合,提高位姿的跟踪精度.     

Experimental and theoretical study on vibration control ofbase-isolation with energy transducer

In order to evaluate the effects of structural control and energy transition for the base-isolation with energy transducer (BIET), shaking table tests on a steel frame model (BIET system) with scale of 1:4 were conducted and the results were compared with the lead rubber bearing (LRB) isolation system for the same model. Then numerical analysis of the system was carried out, in which the improved Wen analytic model was used to simulate the hysteretic law of transducers. The results show that the structural system can transform the partial earthquake energy to hydraulic energy; furthermore, the effect of structural control can reach or be close to that of the LRB isolation system. The agreements between numerical analysis results and those of shaking table tests demonstrate the accuracy of the numerical model.