电液振动与加载混合试验系统控制策略研究

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1、博士学位论文电液振动与加载混合试验系统控制策略研究StudyonControlStrategiesforElectro-hydraulicHybridTestingSystemSubjecttoAccelerationVibrationandForceLoading作者：汤裕导师：朱真才教授中国矿业大学二○一六年六月中图分类号TP271.3学校代码10290UDC681.5密级公开中国矿业大学博士学位论文电液振动与加载混合试验系统控制策略研究StudyonControlStrategiesforElect

2、ro-hydraulicHybridTestingSystemSubjecttoAccelerationVibrationandForceLoading作者汤裕导师朱真才教授申请学位工学博士培养单位机电工程学院学科专业机械设计及理论研究方向电液伺服控制技术答辩委员会主席朱如鹏评阅人二○一六年六月论文审阅认定书研究生汤裕在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学位论文，经审阅论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论文撰写格式符合学校的相关规定，同

3、意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字：年月日致谢在此博士论文完成之际，我谨向那些在我求学路上给予我关心、指导、帮助和鼓励的人们致以最衷心的谢意！首先感谢我的导师朱真才教授。本论文之所以能够顺利完成，离不开朱老师的指导、鼓励及资金上的大力支持。导师渊博的知识、严谨的治学态度、精益求精和求实创新的工作作风是学生学习的榜样，这种榜样作用是我人生一笔巨大的财富，受益终身。在此，学生谨向恩师表示衷心的感谢，并致以深深的敬意！感谢沈刚副教授在课题研究、实验台搭建和论文撰写方面给予的悉心指导和帮助。同时，感谢

4、课题组其他老师对我的帮助和鼓励。感谢已毕业硕士生王海超和张文娟在实验台搭建过程中给予的帮助和付出的艰辛劳动，感谢徐州恒瑞特液压科技有限公司总经理张希雷在实验台加工过程中提供的帮助。感谢实验室及课题组中求学的兄弟姐妹们给予我的帮助，你们的陪伴让我单调的科研生活变得五彩缤纷。感谢我的家人对我无私的支持和默默的付出，你们的支持和奉献才使我能够顺利完成学业，你们的爱是我今后人生路上不断进取的动力！最后，向百忙之中参与论文评审与答辩的专家表示衷心的感谢！摘要电液振动与加载混合试验主要用于实验室内对被试件所处的振动与

5、加载耦合力学环境进行模拟，与传统单一试验方式相比，能够更加准确地反映和评估耦合工况下被试件的力学性能。混合试验的核心在于利用电液控制技术在被试件上同时施加期望的加速度及加载力，而目前国内外的研究主要集中在单一振动或加载试验技术方面，在该领域的研究尚不成熟。因此，本文在国家自然科学基金项目“基于振动与加载多元耦合的超冗余驱动电液系统协调控制研究”和江苏省自然科学基金项目“大型结构振动疲劳试验台的混合控制策略研究”的资助下，以搭建的水平单自由度电液振动与加载混合试验系统为研究对象，结合液压传动理论、系统辨识算

6、法、线性控制方法和非线性控制等理论，深入开展混合试验系统控制策略的理论与实验研究，以期形成高精度的加速度及加载力控制策略，为混合试验的精确控制提供重要理论支持和技术手段。首先，介绍了本文研究的电液振动与加载混合试验系统结构形式，考虑液压系统非线性建立了其数学模型；基于加速度及加载力常规控制方法构建了混合试验系统仿真模型，分析了混合试验系统的动态特性；搭建了水平向单自由度电液振动与加载混合试验系统实验台，为后续控制策略的实验研究奠定了基础。其次，针对混合试验系统加速度控制问题，采用辨识算法及零幅值跟踪技术分

7、别得到了三状态控制下的加速度闭环系统参数化模型及其稳定逆模型，构建了混合试验系统加速度前馈逆补偿控制策略；离线设计了模型偏差补偿控制器，提出了改进的前馈逆补偿控制策略，进一步利用自适应控制算法，形成了基于改进前馈逆控制和自适应控制相结合的加速度复合控制方案；开展了混合试验系统加速度控制策略的实验研究，验证了提出控制策略的有效性。再次，针对混合试验系统力加载控制问题，从线性控制理论出发，采用结构不变性原理提出了基于实时加载力和扰动液压缸控制电压的前馈补偿控制方案，克服了传统速度前馈补偿控制在应对加速度扰动时

8、的不足；引入带干扰观测器的前馈逆补偿控制策略，将其与基于加载力和控制电压的前馈补偿方案相结合，形成一种混合试验系统新型复合控制策略；开展了混合试验系统力加载控制策略的实验研究，验证了提出线性复合控制策略的有效性。最后，针对混合试验系统力加载控制问题，从非线性控制理论出发，在考虑电液系统非线性特性的基础上，基于力加载非线性数学模型逐级递推得到了混合试验系统反步控制策略；考虑力加载非线性模型中的参数不确定性，将其引入到Lyapun