三自由度电液振动台时域波形复现控制策略研究

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电液振动台作为关键的基础实验装备广泛应用于市政和建筑工程,工程材料高频疲劳试验,汽车道路模拟试验,水坝、高层建筑等大型工程的抗震试验等,以实现对真实振动环境的模拟。  本文以哈工大电液伺服仿真与试验系统研究所承担的“985工程”二期——“冗余驱动的六自由度液压振动系统研究”为背景,对电液振动台试验系统的三自由度时域波形复现控制策略在理论和实验上进行深入研究。  电液振动台伺服控制系统由自由度独立控制、压力镇定控制器及三状态控制器组成。自由度独立控制实现自由度信号与各激振器之间的转换。压力镇定控制器用于消除系统存在的内力耦合。三状态控制器作为电液振动台控制领域的一个基本控制器用于提高电液振动台的动态特性。为了减少调试参数并提高加速度波形复现精度,提出了基于三状态反馈位置闭环的逆传递函数与三状态前馈控制器等效原则。仿真和实验结果表明,所提出的等效原则及其复合控制策略能够减少调试参数并提高加速度波形复现精度。  在电液振动台离线时域波形复现中,本文利用递推最小二乘(RLS)算法辨识三自由度振动台的加速度闭环系统的频响函数,提高了加速度频响函数的辨识精度,并获得了较好的实验结果。针对基于非参数频响函数估计进行均衡时存在的问题,本文采用基于参数模型的均衡技术以提高三自由度电液振动台加速度闭环系统的动态特性。采用递推增广最小二乘算法(RELS)获得的电液振动台加速度闭环系统的参数模型可能是一个非最小相位系统,其逆传递函数是一个不稳定的系统。本文利用零相差跟踪技术及泰勒级数展开对加速度逆传递函数进行了设计,并采用改进的内模控制和实时反馈控制器以减小模型偏差。理论分析和实验结果均表明所提出的复合控制策略获得了较满意的结果。由于基于非参数模型均衡技术的运算量和基于参数模型均衡技术在设计过程中的复杂性,进一步采用自适应逆建模辨识振动台加速度闭环系统的逆传递函数,并通过实验验证了其有效性。  在前馈补偿基础上,本文采用离线迭代控制进一步提高波形复现精度。针对传统离线迭代控制存在收敛速度较慢的问题,提出一种改进的迭代控制策略:首先采用基于参数模型的复合控制策略对振动台加速度闭环系统进行均衡,在此基础上再进行离线迭代。理论分析和实验结果均表明所提出的迭代控制在很大程度上提高了收敛速度和波形复现精度。  针对电液振动台在线时域波形复现存在收敛速度较慢问题,本文提出了一种复合控制策略:首先采用基于参数模型的复合控制策略对电液振动台加速度闭环系统进行均衡,在此基础上进行在线自适应逆控制。该复合控制策略结合了前馈补偿和自适应逆控制的双重优点:在线自适应逆控制解决了前馈补偿存在的波形复现精度较低的问题,而前馈补偿技术则提高了振动台加速度闭环系统的相频宽,进而提高了在线自适应逆控制的收敛速度。理论分析和实验结果表明:提出的复合控制策略可以实现更大频率范围的参考信号进行更精确的时域波形复现。
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