电液振动台模型参考滑模控制策略研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jxczl900424
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电液振动台随机振动控制方法是大型结构振动环境模拟的关键技术,通过模拟结构或设备工作中所受的振动环境,检验被测件的安全性、稳定性等性能。在电液振动台实际运动过程中,由于不确定性干扰力的存在以及伺服阀本身存在的零偏问题,严重降低了振动台系统参考波形的跟踪精度。针对上述问题,本文基于滑模控制理论,针对电液振动台系统进行相应的理论分析、控制器设计、仿真及实验研究,从而实现电液振动台系统的干扰力抑制以及伺服阀的零偏补偿,提高振动台系统的控制精度。针对阀控缸系统,建立包含干扰力和参数不确定性的数学模型,根据此模型进行自适应鲁棒控制器的研究与设计。利用鲁棒控制对系统中的干扰力进行抑制,利用自适应控制对系统中的参数不确定性进行补偿。在MATLAB/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,通过不同工况下的仿真结果,分析自适应鲁棒控制策略的优点与不足。对于电液振动台实际工作中存在的干扰力和伺服阀零偏,提出一种考虑伺服阀零偏补偿的模型参考滑模控制。利用非线性参考模型生成参考信号,利用滑模控制器抑制系统中存在的干扰力并对伺服阀零偏进行补偿,结合三状态前馈控制器实现系统的加速度控制。在MATLAB/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,对位置阶跃响应、干扰力与加速度之间的幅频特性、加速度随机振动进行仿真。通过与三状态控制进行对比,检验考虑伺服阀零偏补偿的模型参考滑模控制器在低频条件下的有效性。为了能够实现高频控制,进一步对提出的控制策略进行优化,在控制器的设计过程中考虑伺服阀的动态特性,提出一种基于线性状态观测器的高阶滑模控制。建立考虑伺服阀动态特性和伺服阀零偏的阀控缸动力机构数学模型,设计线性状态观测器观测高阶滑模控制器所需的状态变量,利用高阶滑模控制器对系统中的干扰力以及伺服阀零偏进行抑制和补偿。在MATLAB/Simulink平台搭建控制系统仿真模型,对位置阶跃响应、干扰力与加速度之间的幅频特性、加速度随机振动进行仿真。通过与考虑伺服阀零偏补偿的模型参考滑模控制进行对比,证明基于线性状态观测器的高阶滑模控制器在高频下的优越性。将考虑伺服阀零偏补偿的模型参考滑模控制应用于电液振动台实验系统,进行位置阶跃响应以及加速度随机振动实验。实验结果表明,相比于三状态控制,考虑伺服阀零偏补偿的模型参考滑模控制能够实现干扰力的抑制以及伺服阀的零偏补偿,从而提高系统的控制精度,验证了该控制策略在低频下的有效性和实用性。
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