六自由度并联地震模拟振动台全误差分析及标定研究

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地震工程研究中通常会使用地震模拟振动台重现天然的地震纪录波或产生指定的振动,通过检验建筑模型在不同振动输出下的反应来鉴定建筑物的抗震性能,或加强建筑的抗震结构设计。但是在模拟振动台的制造与安装过程中难免会产生各种误差,这些误差将会影响模拟运动精度。因此,为了精确重现自然地震波形或产生指定运动,需要对平台进行全误差分析,增加对系统结构误差的认识,以指导机构的设计与综合。同时,还需要进行机构参数的标定研究,用以提高机构的模拟运动精度。本文针对一种新型的具有冗余输入的并联地震模拟振动台,以提高运动精度为出发点,对模拟振动台进行了误差模型的建立、分析与优化,并对其标定方法进行了理论研究。首先,本文对系统的冗余支链进行简化,并建立相应的D-H坐标系。借助于辅助坐标系的设置,本文成功地将支链固连点安装位置等常被忽略的误差包含进误差模型内,保证了误差分析的结果更为全面与有效。然后,借助于蒙特卡洛模拟,在全工作空间范围内,对系统进行了全误差参数分析,研究了单个结构误差所造成运动末端运动误差的值域范围,并统计其概率分布。根据分析结果归纳出系统的敏感误差参数,并提出可供标定研究参考的测量位姿选取策略。由于参数及位姿选取较为全面,分析结果能够进一步促进了对模拟振动台机构误差的认识。再次,为了使标定模型能够考察更多的误差参数,本文利用由敏感误差构成的误差模型构建系统的标定模型。采用Levenberg-Marquardt算法编制出模拟振动台基于最小二乘法的参数辨识程序,并进行了仿真验证。仿真结果证实了算法的有效性以及基于敏感D-H参数的标定模型的完整性。最后,为降低标定复杂度、提高标定效率,本文使用分析辨识矩阵的秩与测量点数的关系,从敏感误差参数中挑选最小数量的独立误差参数。这一独立误差参数的选取策略既保证系统误差能够得到辨识,又避免了标定必需的独立误差参数的缺失。另外根据参数的互换性,这一策略为其它并联机构的标定提供了极为有益的借鉴。
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