地震模擬振動臺的時域復(fù)現(xiàn)控制策略研究.pdf

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

2、臺，重點描述了其中的全數(shù)字伺服控制和振動控制系統(tǒng)，并對地震模擬振動臺的檢定方法進行了研究，按照國家標(biāo)準(zhǔn)對剛性負(fù)載下的系統(tǒng)性能進行檢定，結(jié)果表明兩套系統(tǒng)均可以獲得較高的控制精度。
　　由于液壓振動臺系統(tǒng)具有阻尼比小，固有頻率低的特點，需要利用三參量伺服控制的極點配置方法對系統(tǒng)頻響特性進行修正。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的伺服控制方法:首先實現(xiàn)了對彈性試件的三參量伺服控制;

3、然后在此基礎(chǔ)上對系統(tǒng)初始頻響函數(shù)的獲得方法進行了優(yōu)化改良，可以在試驗精度下降不大的前提下，無需系統(tǒng)辨識步驟直接進行較高精度的地震模擬試驗;最后針對液壓振動系統(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。通過仿真驗證和試驗驗證了上述控制方法的有效性。
　　要實現(xiàn)高精度的地震模擬試驗，必須要提高系統(tǒng)辨識的精度，在對時域辨識方法和頻域辨識方法分析的基礎(chǔ)上，本文選擇了Hv頻域方法對地震模擬系統(tǒng)的頻響特性

4、進行辨識;由于地震模擬試件與振動臺耦合后容易產(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)象的原理以及對控制精度的影響，采用偽秩對頻響特性矩陣進行降秩近似，控制了矩陣病態(tài)性的危害，并通過仿真驗證了算法的有效性。
　　地震模擬試驗在低頻段時域復(fù)現(xiàn)試驗誤差較大，而在試件的彈塑性階段時，頻響特性的快速變化會導(dǎo)致控制精度下降。本文提出多運動參量地震模擬控制方法，同時實現(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，通過試驗驗證了上述控制算法的有效性。
　　多自由度地震模擬試驗在正式試驗過程中，無法更新系統(tǒng)頻響特性，在地震模擬試件進入彈塑性階段后，由于系統(tǒng)頻響特性變化較快，會導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象。本文提出改進算法:實現(xiàn)了在試驗過程中對系統(tǒng)頻響特性變化的估算;進而確定系統(tǒng)可能出現(xiàn)不穩(wěn)定的頻率區(qū)域，并在對試件損傷較小的前提下，實現(xiàn)了對這部分頻段的系統(tǒng)頻