地震模拟振动台三参量控制参数整定技术的研究.docx

地震模拟振动台三参量控制参数整定技术的研究 栾强利，陈章位，徐进荣，贺惠农2 (1.浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江杭州310027； 2.杭州亿恒科技有限公司，浙江杭州310015) 摘要：对地震模拟振动台三参量控制及其参数整定技术进行了研究，提出了一种快速三参量控制参数整定方法。通过 对三参量控制算法的研究，确定三参量控制器中三参量反馈及前馈环节中各个参数的数学表达式，从而完成三参量控制 器中控制参数的整定，极大提高地震模拟振动台三参量控制参数整定的效率。最后，通过仿真和现场试验的方法，将传 统三参量控制参数整定方法与快速三参量控制参数整定方法进行对比试验，进一步证明了快速三参量控制参数整定方法 的可行性和高效性。 关键词：地震模拟振动台；三参量控制；参数整定；波形失真度 中图分类号：P315.9 文献标识码：A 引言地震模拟振动台能够在实验室中模拟试件的真实 振动环境，实现对试件的抗振能力测试，其使用频率 低，承载能力强，因而广泛应用于土木、车辆、航空 航天等领域卜七地震模拟振动台伺服控制器采用三参 量控制技术，三参量控制技术充分考虑了地震模拟振 动台的位移、速度和加速度等信号，设置了三参量反 馈、三参量前馈以及信号发生器等环节，从而有效改 善了模拟振动台的系统传递特性。其中，三参量反馈 能够有效扩展系统的频率范围，增加系统的阻尼，三 参量前馈通过对消系统传递函数中距离虚轴较近的极 点，实现系统频宽进一步扩展的目的，信号发生器主 要用于控制信号的生成，包括位移、速度及加速度信 号[5-9]三参量控制参数较多，主要参数包括系统前馈增 益及反馈增益参数。三参量控制参数整定常通过参数 试凑法，即通过逐个调整三参量控制参数，并从中选 择对系统控制效果较好的一组参数，实现三参量控制 参数的整定。这种方法不仅工作量大，而且很难保证 三参量控制参数的最优。本文通过对三参量控制算法 的研究，提出快速三参量控制参数整定方法，通过仿 真及现场试验的方法，将传统的三参量参数试凑法与 快速三参量控制参数整定方法进行试验结果对比，结 果表明：快速参数整定方法的数值结果与通过参数试 凑法得到的试验结果较为一致，保证数值结果的可靠 性，另一方面，快速参数整定方法可以缩短控制参数 的调节时间，实现三参量控制参数的快速整定好」。系数，稣为液压系统开环增益。三参量控制原理如图1所示，其中，k*为位移反 馈增益，斗为速度反馈增益，幻/为加速度反馈增 益，知,?为位移前馈增益，农,「为速度前馈增益，karFig.l Three-variable control (TVC) schematic diagram. 引言 地震模拟振动台能够在实验室中模拟试件的真实 振动环境，实现对试件的抗振能力测试，其使用频率 低，承载能力强，因而广泛应用于土木、车辆、航空 航天等领域卜七地震模拟振动台伺服控制器采用三参 量控制技术，三参量控制技术充分考虑了地震模拟振 动台的位移、速度和加速度等信号，设置了三参量反 馈、三参量前馈以及信号发生器等环节，从而有效改 善了模拟振动台的系统传递特性。其中，三参量反馈 能够有效扩展系统的频率范围，增加系统的阻尼，三 参量前馈通过对消系统传递函数中距离虚轴较近的极 点，实现系统频宽进一步扩展的目的，信号发生器主 要用于控制信号的生成，包括位移、速度及加速度信 号[5-9] 三参量控制参数较多，主要参数包括系统前馈增 益及反馈增益参数。三参量控制参数整定常通过参数 试凑法，即通过逐个调整三参量控制参数，并从中选 择对系统控制效果较好的一组参数，实现三参量控制 参数的整定。这种方法不仅工作量大，而且很难保证 三参量控制参数的最优。本文通过对三参量控制算法 的研究，提出快速三参量控制参数整定方法，通过仿 真及现场试验的方法，将传统的三参量参数试凑法与 快速三参量控制参数整定方法进行试验结果对比，结 果表明：快速参数整定方法的数值结果与通过参数试 凑法得到的试验结果较为一致，保证数值结果的可靠 性，另一方面，快速参数整定方法可以缩短控制参数 的调节时间，实现三参量控制参数的快速整定好」。 系数，稣为液压系统开环增益。 三参量控制原理如图1所示，其中，k*为位移反 馈增益，斗为速度反馈增益，幻/为加速度反馈增 益，知,?为位移前馈增益，农,「为速度前馈增益，kar Fig.l Three-variable control (TVC) schematic diagram. 三参量反馈控制可表示为 W(s)= Ki/ 1 + k\kw 山 其中, 1三参量控制及其参数整定 地震模拟振动台系统开环传递函数为 —Y H S + 1 S + 1 ar co 式(2)可进一步表示为 W(s) = J / 、 M+i / G(s)=— 2 那 n(