地震模拟振动台控制的关键技术研究

论文摘要

地震模拟振动台是一种主要应用于结构抗震试验的关键设备,利用该设备可以模拟地震环境,从而检验结构的抗震性能。研制能满足地震模拟试验要求的地震模拟振动台,对推动我国的结构抗震研究工作和防震减灾事业的发展具有重要的意义。其中,对地震模拟振动台控制系统的研究是一个重要的研究课题。地震模拟试验要求振动台系统具有一定的工作频宽,并能达到一定的地震波复现精度。为满足上述要求,地震模拟振动台控制系统一般包括伺服控制系统和振动控制系统。本文对地震模拟振动台控制的关键技术做了深入研究,具体包括了以下工作:1、地震模拟振动台三参量控制策略。对于伺服控制系统,本文研究采用了三参量控制策略,研究了三参量控制对于系统特性的校正作用。本文对三参量控制中的三参量信号发生器的功能实现做了研究和分析,提出了基于时域积分和基于频域积分的三参量信号发生器,提高了积分精度和三参量控制效果。2、地震模拟振动台系统辨识。对伺服控制系统进行准确的系统辨识,是振动控制系统功能实现的基础。本文采用非参数频响函数估计方法实现对伺服控制系统加速度闭环传递函数的辨识,并特别设计了一种基于正弦扫频的加速度激励信号,用以对振动台做系统辨识,确保满足试验设备参数要求,避免试验设备的损坏。3、地震模拟振动台迭代学习控制。在对伺服控制系统的辨识的基础上,基于开环学习方式,提出了地震模拟振动台迭代学习控制算法和控制流程。针对地震模拟振动台试验中实际存在的控制系统的滞后问题,提出了基于时滞估计的迭代学习控制算法,论证了算法的收敛性,并提出了相应的算法流程。4、地震模拟振动台调试。构建单自由度地震模拟振动台实验平台,对控制算法进行了实验调试和功能验证。实验结果表明:(1)采用本文提出的改进的三参量信号发生器相较于采用传统的三参量信号发生器,控制精度更高;(2)采用三参量控制策略后伺服控制系统的工作频宽达到了要求;(3)本文提出的基于时滞估计的迭代学习控制算法,可以在控制系统存在滞后的实际情况下使算法收敛,并通过多次的迭代控制实验实现了高精度的地震波形复现。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 地震模拟振动台国内外的发展现状
•     1.2.1 国外地震模拟振动台的发展现状
•     1.2.2 国内地震模拟振动台的发展现状
•   1.3 地震模拟振动台控制技术的发展现状
•     1.3.1 伺服控制系统控制技术的发展现状
•     1.3.2 振动控制系统控制技术的发展现状
•   1.4 本文研究思路及主要研究内容
•     1.4.1 研究思路
•     1.4.2 主要研究内容
• 2 地震模拟振动台原理、系统建模及特性分析
•   2.1 引言
•   2.2 地震模拟振动台的系统组成及工作原理
•     2.2.1 地震模拟振动台的系统组成
•     2.2.2 地震模拟振动台的工作原理
•   2.3 地震模拟振动台系统建模
•     2.3.1 伺服阀流量方程
•     2.3.2 液压缸流量方程
•     2.3.3 负载特性方程
•     2.3.4 系统建模
•   2.4 系统动力机构特性分析
•     2.4.1 系统液压固有频率和液压阻尼比的计算
•     2.4.2 系统稳定性分析
•     2.4.3 系统特性分析
•   2.5 本章小结
• 3 地震模拟振动台三参量控制策略
•   3.1 引言
•   3.2 三参量控制的基本原理
•   3.3 三参量控制策略分析
•     3.3.1 三参量反馈控制
•     3.3.2 三参量前馈控制
•     3.3.3 三参量信号发生器
•   3.4 改进的三参量信号发生器
•     3.4.1 基于时域积分算法的三参量信号发生器
•     3.4.2 基于频域积分算法的三参量信号发生器
•     3.4.3 三参量信号发生器仿真验证
•   3.5 三参量控制效果仿真
•   3.6 本章小结
• 4 地震模拟振动台系统辨识
•   4.1 引言
•   4.2 地震模拟振动台模型辨识方法
•     4.2.1 参数模型辨识方法
•     4.2.2 非参数模型辨识方法
•   4.3 地震模拟振动台的非参数频响函数估计
•     4.3.1 非参数频响函数估计方法
•     4.3.2 功率谱密度估计
•     4.3.3 辨识方法的频率分辨率问题
•   4.4 基于正弦扫频的激励信号设计
•     4.4.1 正弦扫频信号
•     4.4.2 加速度激励信号设计
•     4.4.3 加速度激励信号仿真
•   4.5 本章小结
• 5 地震模拟振动台迭代学习控制
•   5.1 引言
•   5.2 迭代学习控制理论
•     5.2.1 迭代学习控制概述
•     5.2.2 迭代学习控制基本原理
•   5.3 迭代学习控制算法
•     5.3.1 开环和闭环学习
•     5.3.2 迭代学习控制的学习律
•   5.4 地震模拟振动台迭代学习控制
•     5.4.1 迭代学习控制算法及学习律的选择
•     5.4.2 地震模拟振动台迭代学习控制原理
•     5.4.3 地震模拟振动台迭代学习控制流程
•   5.5 地震模拟振动台迭代学习控制的时滞问题
•     5.5.1 基于时滞估计的迭代学习控制算法
•     5.5.2 系统滞后时间估计
•     5.5.3 基于时滞估计的迭代学习控制算法流程
•   5.6 本章小结
• 6 地震模拟振动台调试
•   6.1 引言
•   6.2 实验平台
•   6.3 三参量控制实验
•     6.3.1 参数整定
•     6.3.2 三参量信号发生器对比
•     6.3.3 三参量控制系统辨识实验
•   6.4 迭代学习控制实验
•     6.4.1 控制系统滞后时间估计
•     6.4.2 迭代学习控制实验
•   6.5 本章小结
• 7 总结与展望
•   7.1 总结
•   7.2 工作展望
• 参考文献
• 作者简历

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孔杰

导师: 程鹏,史治国

关键词: 地震模拟振动台,三参量控制,系统辨识,迭代学习控制

来源: 浙江大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 地质学,地球物理学,建筑科学与工程,自动化技术

单位: 浙江大学

分类号: P315.8;TP273;TU317

总页数: 111

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