基于前馈解耦的振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪控制研究

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1、基于前馈解耦的振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪控制研究宋勇沈刚中国船舶重工集团公司第七一三研宄所中国矿业大学机械工程学院针对振动与加载电液混合试验系统力加载跟踪过程中的多余力抑制问题，分析了振动与加载电液混合系统的组成及工作原理，建立了混合系统的动力学模型，并对动力学模型的准确性进行了验证。在此基础上，分析了混合系统加载多余力的产生机理，提出丫振动与加载电液混合系统力加载前馈解耦控制算法。搭建了振动与加载电液混合试验台及嵌入式控制系统，利用振动与加载电液混合试验台进行了力加载控制策略的试验研宄。结果证明，与传统P1控制器相

2、比，提出的力加载前馈解耦控制算法可以更有效地抑制系统多余力，提高力加载的跟踪精度。关键词：振动勾加载;混合试验系统;多余力;前馈解耦;基金：国家自然科学基金(51575511)ResearchonForceLoadingTrackingControlforElectro-hydraulicHybridTestingSystemSubjecttoVibrationandForceLoadingBasedonFeedforwardDecouplingSONGYongSHENGangSeventhThirteenInstituteo

3、fChinaShipbuildingIndustryCorporation;SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology;Abstract：Inordertosuppressthesurplusforcedisturbanceoftheelectro-hydraulichybridtestingsystemsubjecttoaccelerationvibrationandforceloading,thestruct

4、ureandworkingprincipleofthehybridtestingsystemareanalyzed.Then，adynamicmodelofthehybridtestingsystemisestablished,anditsprecisionisverifiedbyexperimentalresults.Basedonthedynamicmodel,themechanismofthesurplusforceisanalyzedandafeedforwarddecouplingcontrollerispropos

5、ed.Theperformanceoftheproposedmethodisvalidatedthroughexperimentsbyanelectro-hydraulichybridtestingrig，andtheexperimentalresultsdemonstratethattheproposedalgorithmcanhelpthecontrollerexhibitabettertrackingaccuracythantheconventionalPIcontroller.Keyword：vibrationandf

6、orceloading;hybridtestingsystem;surplusforce;feedforwarddecoupling;引言振动模拟和力加载模拟分别通过给定振动激励信号和加载力激励信号，实现单纯的振动和力加载模拟，只能模拟单一工况，振动与加载混合试验系统能够满足两种工况的融合，能够更深层次地测试被测对象在复杂环境下的性能变化。振动与加载混合试验系统由于其自身物理系统存在强耦合作用，在控制方面也更加复杂。因此，对振动与加载电液混合试验系统的力加载跟踪控制策略进行深入研宂，抑制力加载跟踪过程中的多余力具有十分重要的意

7、义［1］。对于振动与加载电液混合试验系统而言，由于被试件存在加速度运动，因此混合试验系统的电液力控制属于被动加载过程中的力控制问题，其控制比传统主动加载更为复杂［2-3］。为提高振动与加载电液混合试验系统的力加载跟踪精度,国内外学者提出了一些补偿控制策略。结构不变性原理运用控制理论中的前馈控制思想，针对外部干扰的特点，提前对系统进行补偿控制，以减小外部干扰的影响。基于结构不变性原理的速度前馈同步补偿由北京航空航天大学于上世纪70年代提出Ul。MATSUl£5l，王述运M和严军等£21采用基于角速度前馈补偿的结构不变性原理对电液

8、力矩加载系统进行多余力抑制;在理论建模分析的基础上，JIA0M提出丫一种不同于传统速度补偿控制的方法，该方法利用扰动马达的控制电压作为前馈补偿项，对转角扰动产生的多余力进行补偿。考虑控制存在的耦合问题，隆媛媛m采用动态的RBF祌经网络对一个双变量耦合系统进行在线辨识，并将获得