[发明专利]一种地震模拟振动台控制方法

说明书

本发明涉及一种地震模拟振动台控制方法，属于结构实验技术领域。该控制方法通过微分得到加速度指令信号的微分信号和加速度反馈信号的微分信号，通过对位移前馈和反馈的差值进行积分得到位移误差积分信号，将加速度指令微分信号、加速度反馈微分信号和位移误差积分信号与已有的三参量指令信号进行求和，从而得到复合的多参量控制信号。与现有三参量控制方法相比，多参量控制算法中的加速度反馈微分信号可以降低系统共振频率的影响，扩展系统频宽；加速度指令微分信号可以拓宽系统频带，提高系统高频性能；位移误差积分信号可以降低多振动台系统的位移静态误差，提高系统的低频控制性能。

技术领域

本发明涉及一种地震模拟振动台控制方法，属于结构实验技术领域。

背景技术

地震模拟振动台是工程抗震领域最直接、有效的试验研究工具，以美国、日本、中国和英国代表，世界上已建成了上百座各种规模的地震模拟振动台。随着液压、电子、传感器、信号处理和控制等领域的快速发展，地震模拟振动台实现了从模拟控制到数字控制、从位移PID控制到加速度反馈控制的转变，其后由位移、速度和加速度三参量控制成为振动台控制的基础算法。目前，国内外大多数的电液伺服地震模拟振动台采用了PID控制、三参量控制和离线迭代控制。其中振动台三参量控制采用位移、加速度反馈和由加速度积分和位移微分合成的速度信号反馈实现下位机闭环：通过位移反馈使作动器定位并保证低频控制性能，速度反馈用以扩展使用频率范围，加速度反馈用以改善系统的稳定性。但是对于伺服阀90°相移频率与系统液压共振频率比较接近的振动台系统而言，系统特性容易受到伺服阀特性的影响，系统的频宽难以满足使用要求。现有三参量控制系统中，对位移分量仅存在比例环节(P控制)和速度前馈、反馈所对应的位移微分环节(D控制)，对于多振动台组成的振动台台阵系统而言，三参量控制下由于位移误差会导致各个振动台的位移运动不一致，从而引起试件的附加内力，导致试件产生非预期的破坏。

发明内容

为了克服现有三参量控制方法低频位移控制精度较差，高频加速度控制精度不足的缺点，本发明将位移误差积分和加速度微分物理量引入到地震模拟振动台的闭环控制环节，从而形成了一种地震模拟振动台控制方法。

为实现上述目的，本发明的设计方案如下：

一种地震模拟振动台控制方法，包含有加速度反馈、位移反馈环节和速度合成环节，包含有通过加速度指令信号生成速度信号和位移信号的控制参量合成环节，其特征在于，通过微分得到加速度指令信号的微分信号(亦称为加加速度前馈信号)和加速度反馈信号的微分信号(亦称为加加速度反馈信号)，通过对位移前馈和反馈的差值进行积分得到位移误差积分信号，将加速度指令微分信号、加速度反馈微分信号和位移误差积分信号与已有的三参量指令信号进行求和，从而得到复合的多参量控制信号。

加速度指令微分信号、加速度反馈微分信号和位移误差积分信号的控制增益通过考虑伺服阀、传感器环节高阶特性的液压系统模型频域分析得到。

由加速度信号进行积分生成速度信号，由速度信号进行积分得到位移信号，对位移信号进行积分得到位移积分信号，对加速度信号进行不完全微分得到加速度微分信号。在位移误差积分环节中通过积分分离的方法消除积分饱和现象。

液压系统模型频域分析包括以下步骤：

步骤1、根据液压系统三连续方程得到振动台系统开环传递函数；在系统开环传递函数中引入位移反馈、速度反馈、加速度反馈、加加速度反馈、位移积分反馈，得到具有多参量反馈的振动台系统传递函数；

步骤2、根据振动台的最大功能曲线得到加速度控制下多参量发生器的传递函数；

步骤3、将步骤2得到的多参量发生器的传递函数代入步骤1所得具有多参量反馈的振动台系统传递函数中，得到振动台控制系统的整体传递函数。

所述的步骤1具体为：液压系统三连续方程经拉普拉斯变换得：