[发明专利]多灾种耦合作用试验装置及控制算法

说明书

本发明公开了多灾种耦合作用试验装置，其包括振动台组件(20)和实时控制系统，该多灾种耦合作用试验装置(1)还包括模型箱组件(30)、降雨组件(40)和/或洪水组件(50)，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件(20)包括阀控系统：实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。本申请公开了多灾种耦合作用试验装置的控制算法，在实时力反馈控制策略的基础上，设计了一个辨识误差补偿器，误差补偿器中有两个动态可调因子，可以进行实时调整，提升了多灾种耦合作用试验的精度。

技术领域

本发明专利属于土木、水利、地质等工程结构的振动台试验技术领域，具体涉及一种多灾种耦合作用试验装置及控制算法。

背景技术

我国西部地区水电资源丰富，但也伴随着复杂的地形地貌和地震地质环境，大地震时有发生，重大工程建设与运行将面临大震甚至是特大地震的强烈地震动及诱发河流两岸山体滑坡引起的库水涌浪等共同作用的威胁。进一步而言，重大工程面临着主震-强余震-巨型滑坡耦合与接续作用的威胁。开展物理模型试验可以获取地震主震-强余震接续作用下，滑坡及滞水洪水发生机理，区域滑坡量评估模型以及滑坡库水涌浪的特征与规律及表征参数。为梯级水利枢纽群抗震防灾提供理论支撑与技术保障，提升我国在建及拟建水利水电枢纽工程的抗灾安全性。

现有的物理模型试验装置及控制算法尚不能很好地进行主震-强余震-巨型滑坡耦合与接续作用模拟。主要体现在：大多试验装置大都是对单一灾种进行控制和实现，也无法进行多灾种耦合作用的精确模拟。具体而言，多灾害地震动、洪水、降雨等耦合作用下，试验系统特性会发生改变，现有的振动台控制策略并不能高精度地复现地震动作用。

发明内容

为了解决前述技术问题，本发明第一方面多灾种耦合作用试验装置的控制算法，该多灾种耦合作用试验装置包括振动台组件20和实时控制系统，该多灾种耦合作用试验装置1还包括模型箱组件30、降雨组件40和/或洪水组件50，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件20包括阀控系统：

实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；

辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；

阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。

进一步的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，控制振动台组件20的阀控系统接收到输入信号x(a)进行多灾种模拟，数采分析系统采集试验信号，该数采分析系统将该试验信号处理后发给数值仿真系统来实时更新系统特性，该数值仿真系统向实时控制系统发送输出信号y(a)。

进一步的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，实时力反馈控制的基础上，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E₁，控制误差信号E₁为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式6计算：

其中，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差。