大型液压离心振动台控制策略的仿真研究.pdf

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1、第28卷第1期Vo1．28No．12015年2月Feb．2015大型液压离心振动台控制策略的仿真研究罗中宝，杨志东，陈良，丛大成，张连朋(哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：离心振动台是一种先进的土工抗震试验设备，文中围绕其本身及复现信号的特殊性，仿真研究了离心振动台控制策略中的关键问题。首先在液压动力机构耦合线性模型的基础上，结合对离心振动台中四种非线性因素的建模，综合得到了原型样机液压动力机构的非线性耦合模型；其次，在简要回顾离心振动台伺服控制策略中各部分功能的基础上，研究了采用二阶带

2、通滤波器作为顺馈控制器时系统动态特性的改善情况；最后，针对离心振动台复现振一眦信号具有“短时高频”的特点，研究了采用不同NFFT、误差修正系数时离线迭代算法的收敛精度和收敛速度。经动仿真研究，当NFFT为512，a取0．5时，整个离线迭代过程最为理想，四次迭代后的收敛精度约为5oA左右。V工关键词：抗震；离心振动台；伺服控制策略；振动控制策略；离线迭代中图分类号：TU352．1文献标识码：A文章编号：1004—4523(2015)01-0018—09程D0I：1O．16385／j．cnki．issn．1004—4

3、523．2015．01．003E学(1)，文献[5]中将轻柔基础等效为连续质量弹簧，推引言导了轻柔基础固有频率的估计方法和动态特性的等撮g～效方法。最终根据液压动力机构的耦合等效模型，普通结构一般采用缩比尺的振动台实验来模拟利用4类基础方程推导了轻柔基础、液压执行机构、结构在地震环境下的响应。而对于岩土结构而言，岩土结构的动态耦合特性。对于问题(2)，国内外对其动态特性与岩土自重应力密切相关，传统的缩比三级电液伺服阀在离心振动复合环境下的特性分析尺振动台试验并不能再现岩土结构内部的自重应研究，几乎处于空白。现如今

4、，哈尔滨工业大学仅完力。相比传统振动台，离心振动台却能够准确复现成了离心振动台实验样机的研制，最终的产品交付岩土结构内部的自重应力，在土工领域发挥着无可和离心机上的振动台测试尚需时日，阻碍了对问题替代的作用l1]。为了研究地震环境下的土动力学特(2)的研究。本文主要针对离心振动台控制策略中性、地基液化、边坡稳定性、岩土一地基一结构间的耦的相关问题进行仿真研究。合关系，中国地震局联合哈尔滨工业大学，正加紧研离心振动台的控制策略包括伺服控制策略和振制国内第一大、世界第二大单轴离心振动台[z,33。动控制策略两部分。对

5、于振动台的伺服控制策略而离心环境的引入虽为岩土结构自重应力的补偿言，一般采用两自由度的三状态控制，主要包括三状创造了有利条件，但同时也为离心振动台的研制带态顺馈、三状态反馈控制器。三状态反馈包括位置来了诸多困难。总的来说，离心振动台相比传统振反馈、速度反馈、加速度反馈。引入加速度反馈提高动台而言，受以下两方面因素的影响：(1)受离心机了系统位置闭环的阻尼比，从而可进一步提高位置装机容量的限制，振动台基础的质量和刚度有限；闭环增益来拓展闭环频宽。引入速度反馈，也可进(2)受离心振动复合环境的影响，振动台中液压元件一

6、步扩展位置闭环频宽，但会在一定程度上减小位的动态特性发生改变。鉴于上述影响因素，离心振置闭环的阻尼比。三状态顺馈的目的是对消位置伺动台的研制过程中需着重研究以下三方面问题：(1)服闭环中的主导极点，从而达到再次拓展位置闭环轻柔基础、液压执行机构、岩土结构的动态耦合特频宽的目的。在振动控制策略方面，由于原型与模性；(2)离心振动复合环境对液压元件的影响，特别型的比例尺较大，离心振动台复现的参考波形是“短是对核心控制元件——三级电液伺服阀动态特性的时高频”的地震波信号，在线迭代算法不具备足够的影响；(3)离心振动台控

7、制策略的研究。对于问题收敛时间，通常采用基于频响函数辨识的离线迭代收稿日期：2013—07—04；修订日期：2014—10—14基金项目：国家自然科学基金资助项目(51205077)24振动工程学报第28卷可以看出，当NFFT：=：2048时，估计得到的功率谱傅里叶变换得到频域响应误差。根据频域响应误差密度和传递函数的波动都比较剧烈；与之对应，当和已辨识的频响函数，可以计算出下一次驱动信号NFFT=256时估计得到的结果相对平滑很多，但在的频域修正量AX(f)。将AX(f)进行傅里叶逆变传递函数的谐振峰、反谐振峰

8、处的辨识误差较大。换就可得到下一次驱动信号的时域修正量Ax(t)。值得注意的是：在频响函数辨识时，砂土模型的动态4．4时域驱动信号的更新特性修改为叫一50Hz，CO一20Hz，用以模拟砂土模型与岩土结构间的差异。把Ax(t)加到上一次迭代的驱动信号z(￡)，0就可得到本次修正后的新驱动信号z(￡)1一z(t)+a[△z(￡)]-20再用新得到的驱动信号z(￡)科去激励系统