关于三向地震模拟平台控制系统的研究

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1、三向地震模拟平台控制系统的研究江小霞（集美大学轮机工程学院，福建厦门361021）摘要：在对厦门科技馆三向六液压缸的地震模拟平台系统分析的基础上，针对x、y、z各液压缸的往返运动的非线性，z轴4液压缸的同步难、稳态误差大，控制实时性要求高等问题，采用参考面积比整定x和y轴往返运动的参数，采用实验法整定z轴4个液压缸往返运动的参数，实现了各液压缸的非线性补偿。用位移、位移差和速度差组成的双闭环结构动态修正PID参数的自适应算法，实现了z轴4个液压缸的同步控制；用零点补偿解决了液压系统的泄漏和液压缸死区造成的稳态误差；用上下位机的计算机控制结构实现了多输入多输出系统的实时控制。关

2、键词：三向；同步控制；非线性补偿；零点补偿；实时中图分类号：TP273文献标识码：AStudyontheControlSystemofThree-DirectionEarthquakeSimulationPlatform(MarineEngineeringInstitute,JimeiUniversity,FujianXiamen361021,China)Abstract:ByanalyzingthehydraulicsystemoftheearthquakesimulationplatformatXiamenScienceandtechnologymuseum,anonli

3、nearcompensationapproachforthree-directionsixhydrauliccylindersystemisproposed,wherethereciprocatingmovementparametersalongxandyaxlesareadjustedaccordingtoreferencearearatios,andonesof4cylindersinz-directionaresetbyexperiments,sothenon-linearcompensationsforeachcylinderareachieved.Thedouble

4、closeloopssystemcomposingofpositionerrorandvelocityisemployedtoturnthePIDparametersadaptively.Inaddition,thesteadyerrorscausedbytheleakageanddead-zoneofthehydrauliccylindercanbecompensatedwithzerocompensationmethod.Thewholealgorithmisimplermentedonahost-servoMIMOrealtimecontrol.Keywords:thr

5、ee-direction;synchronizationcontrol;nonlinearcompensation;zerocompensation;realtime0引言国外于20世纪40年代首次在土木工程上利用地震模拟平台来模拟地震的作用[1]。20世纪60年代以后，地震模拟振动台开始广泛应用于工程研究[2]。20世纪80年代，我国开展地震模拟振动台的研究工作，并获得成功[3]。模拟平台的驱动主要有电动方式和电液伺服控制方式。由于电液伺服控制方式具有低频时推力大、位移大、重量轻、体积小等特点，目前被广泛应用[4]，例如大型船舶浆舵安装平台、港口机械等。地震波的测试大多数采

6、用东西、南北和纵基金项目：福建省重大专项资助(2008HZ02010005-5)。向振动波形的记录，采用水平方向（东西或南北方向）振动的加速度作为地震裂度。地震模台是一个多输入多输出系统，必须对三维坐标同时进行控制，而电液伺服控制系统呈现出非线特性，系统响应要求比较快。为了使平台真实地反映地震环境，必须有一个完善的控制系统。在电液伺服控制系统设计时，采用基于工作点附近的增量线性化模型对系统进行综合分析,以位移控制为基础的PID控制技术因其控制规律简单而被广泛运用[5]。在针对液压控制回路进行同步控制设计时,有综合位置同步控制和力跟踪控制的算法[3，6-7],有补偿同步偏差的同

7、步控制方法[8]。1地震模拟平台厦门科技馆的地震模拟平台采用三向六液压缸的模拟振动液压控制系统，平台主要由液压油源、比例伺服阀与液压缸组成的动力机构、三层钢结构移动平台、操作台和计算机控制系统组成。液压油源由液压泵站、蓄能器组、冷却系统等组成。三层钢结构平台可以实现水平和垂直方向上的三维空间运动，其钢结构平台如图1所示。图1三层移动钢结构平台模拟平台最下层为z轴，装有4个垂直方向的液压缸，分别在基座的四个角；最上层为x轴，有1个左右移动的液压缸；中间层为y轴，有1个前后移动的液压缸，x和y轴液压缸布置在