地震模擬振動(dòng)臺(tái)的時(shí)域復(fù)現(xiàn)控制策略研究.pdf

1、地震是人類社會(huì)的重大自然災(zāi)害，利用地震模擬振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行時(shí)域復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)是較為真實(shí)的地震模擬試驗(yàn)，是目前研究結(jié)構(gòu)抗震性能最直接也是較準(zhǔn)確的試驗(yàn)方法。地震模擬試驗(yàn)普遍存在下列特點(diǎn):試件動(dòng)態(tài)特性易發(fā)生變化、試驗(yàn)的下限頻率較低、系統(tǒng)辨識(shí)對(duì)試件易造成損傷。針對(duì)上述問題，目前的控制系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)較高精度的地震模擬試驗(yàn)。所以有必要對(duì)地震模擬振動(dòng)臺(tái)的伺服控制和振動(dòng)控制進(jìn)行研究。
　　為了對(duì)地震模擬控制策略進(jìn)行研究，本文構(gòu)建了單自由度和多自由度地震模擬振動(dòng)

2、臺(tái)，重點(diǎn)描述了其中的全數(shù)字伺服控制和振動(dòng)控制系統(tǒng)，并對(duì)地震模擬振動(dòng)臺(tái)的檢定方法進(jìn)行了研究，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)剛性負(fù)載下的系統(tǒng)性能進(jìn)行檢定，結(jié)果表明兩套系統(tǒng)均可以獲得較高的控制精度。
　　由于液壓振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)具有阻尼比小，固有頻率低的特點(diǎn)，需要利用三參量伺服控制的極點(diǎn)配置方法對(duì)系統(tǒng)頻響特性進(jìn)行修正。傳統(tǒng)的三參量伺服控制僅適用于剛性負(fù)載，針對(duì)彈性負(fù)載容易出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，所以本文提出了改進(jìn)的伺服控制方法:首先實(shí)現(xiàn)了對(duì)彈性試件的三參量伺服控制;

3、然后在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)初始頻響函數(shù)的獲得方法進(jìn)行了優(yōu)化改良，可以在試驗(yàn)精度下降不大的前提下，無需系統(tǒng)辨識(shí)步驟直接進(jìn)行較高精度的地震模擬試驗(yàn);最后針對(duì)液壓振動(dòng)系統(tǒng)中普遍存在的摩擦力非線性因素提出了基于LUGRE摩擦數(shù)學(xué)模型的反步積分控制方法。通過仿真驗(yàn)證和試驗(yàn)驗(yàn)證了上述控制方法的有效性。
　　要實(shí)現(xiàn)高精度的地震模擬試驗(yàn)，必須要提高系統(tǒng)辨識(shí)的精度，在對(duì)時(shí)域辨識(shí)方法和頻域辨識(shí)方法分析的基礎(chǔ)上，本文選擇了Hv頻域方法對(duì)地震模擬系統(tǒng)的頻響特性

4、進(jìn)行辨識(shí);由于地震模擬試件與振動(dòng)臺(tái)耦合后容易產(chǎn)生病態(tài)的系統(tǒng)頻響特性矩陣，本文分析了病態(tài)現(xiàn)象的原理以及對(duì)控制精度的影響，采用偽秩對(duì)頻響特性矩陣進(jìn)行降秩近似，控制了矩陣病態(tài)性的危害，并通過仿真驗(yàn)證了算法的有效性。
　　地震模擬試驗(yàn)在低頻段時(shí)域復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)誤差較大，而在試件的彈塑性階段時(shí)，頻響特性的快速變化會(huì)導(dǎo)致控制精度下降。本文提出多運(yùn)動(dòng)參量地震模擬控制方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了加速度迭代和位移迭代，大大提高低頻段控制精度;然后，提出地震模擬快速迭

5、代控制方法，在保證低頻控制精度的前提下，提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度以適應(yīng)試件頻響特性的快速變化;最后，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了上述控制算法的有效性。
　　多自由度地震模擬試驗(yàn)在正式試驗(yàn)過程中，無法更新系統(tǒng)頻響特性，在地震模擬試件進(jìn)入彈塑性階段后，由于系統(tǒng)頻響特性變化較快，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。本文提出改進(jìn)算法:實(shí)現(xiàn)了在試驗(yàn)過程中對(duì)系統(tǒng)頻響特性變化的估算;進(jìn)而確定系統(tǒng)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的頻率區(qū)域，并在對(duì)試件損傷較小的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)這部分頻段的系統(tǒng)頻