液壓驅(qū)動六自由度振動試驗系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、本文以哈工大電液伺服仿真及試驗系統(tǒng)研究所承接的國防863項目“三向六自由度液壓振動試驗系統(tǒng)”為背景，對六自由度液壓振動試驗系統(tǒng)的控制策略進行理論和實驗研究。
　　六自由度振動臺控制系統(tǒng)由伺服控制系統(tǒng)和振動控制系統(tǒng)兩部分組成。伺服控制系統(tǒng)的主要作用是將自由度驅(qū)動信號轉(zhuǎn)化為各單系統(tǒng)的驅(qū)動信號，驅(qū)動平臺運動，實現(xiàn)振動臺的自由度控制。僅采用伺服控制方法可以控制平臺運動，但此時系統(tǒng)的響應信號與輸入的期望信號相比會有很大偏差。因此在伺服控制系

2、統(tǒng)的外環(huán)加入振動控制系統(tǒng)，對驅(qū)動信號進行迭代補償，使得系統(tǒng)的響應信號能夠高精度地復現(xiàn)期望信號。
　　振動臺伺服控制系統(tǒng)主要由自由度合成及分解控制器、三狀態(tài)控制器和壓力鎮(zhèn)定控制器三個部分組成。本文首先簡述傳統(tǒng)的六自由度控制策略，然后提出在原有六自由度控制回路中增設兩個扭曲自由度的控制回路，采用所謂“八自由度控制策略”控制平臺運動。采用六自由度控制策略時，驅(qū)動量的解不唯一，而且各激振器間內(nèi)力受負載和油溫等因素影響變化較大。采用八自由度

3、控制方式時，驅(qū)動量的解唯一，各激振器間的內(nèi)力變換較小，有利于提高系統(tǒng)的控制精度。接著對傳統(tǒng)壓力鎮(zhèn)定控制器進行改進，將控制器的可調(diào)參數(shù)縮減為兩個，且參數(shù)間相互獨立，簡化了調(diào)節(jié)過程。最后通過實驗驗證了八自由度控制策略及改進后壓力鎮(zhèn)定控制器的有效性。
　　在振動臺傳統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)中，自由度合成及分解矩陣都是基于零位線性化的假設得出的，而且在平臺運動過程中矩陣元素值始終不變，控制算法不完善。本文對六自由度振動臺進行運動學分析，給出基于運動

4、學分析的振動臺系統(tǒng)位姿控制結(jié)構(gòu)，采用正解算法及雅可比陣分別代替?zhèn)鹘y(tǒng)伺服控制系統(tǒng)中的自由度合成和分解矩陣。仿真分析及實驗研究表明，與傳統(tǒng)矩陣控制方法相比，采用基于運動學分析的位姿控制策略能夠有效改善振動臺系統(tǒng)低頻段的加速度均勻度，減小加速度橫向分量。
　　多自由度波形復現(xiàn)傳統(tǒng)振動控制算法中大多采用H1法進行頻響函數(shù)估計，而H1法假設系統(tǒng)輸入端不存在噪聲，其估計值為系統(tǒng)真實頻響函數(shù)的欠估計。本文提出基于EV模型進行頻響函數(shù)估計。在輸入

5、端和輸出端均存在噪聲的前提下，給出了基于EV模型的系統(tǒng)頻響函數(shù)估計法。并根據(jù)多自由度波形復現(xiàn)試驗系統(tǒng)的特點，對頻響函數(shù)估計進行了簡化。仿真分析及實驗研究表明，在波形復現(xiàn)控制系統(tǒng)中應用基于EV模型的頻響函數(shù)估計法可明顯提高試驗的控制精度。
　　為進一步提高隨機振動功率譜(PSD,powerspectraldensity)復現(xiàn)的精度，在驅(qū)動譜迭代和驅(qū)動信號生成兩個方面對傳統(tǒng)功率譜迭代算法進行了改進。首先，提出將驅(qū)動譜迭代公式中的修正系