[發(fā)明專利]高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法及控制裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410691125.3
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104407639A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設計）人: 嚴俠;陳穎;胡紹全;李明海;王玨;李曉琳;胡勇;王宇飛;師偉鵬
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院總體工程研究所
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權代理有限公司 11340
• 代理人: 楊春

技術領域

本發(fā)明屬于自動控制技術領域，尤其涉及一種高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法及控制裝置。

背景技術

采用鉸支座和液壓作動器方式的液壓振動臺，以其推力大，位移大，超低頻響，易于實現(xiàn)以及控制精度較高等優(yōu)勢，成為了目前車輛運輸模擬，機車(或高鐵)運輸模擬，機載環(huán)境模擬、地震模擬等科學試驗裝置的主要手段。

國際上知名的MTS公司上世紀80年代為加州大學伯克利分校提供的臺面為6.1mX6.1m雙向地震模擬臺，之后建立了各類液壓振動臺，都是基于電液伺服閥控缸系統(tǒng)，且工作頻率可達200Hz，但油柱共振峰的影響仍無法克服，易出現(xiàn)系統(tǒng)超差現(xiàn)象。日本三菱重工等五家公司1982年聯(lián)合為日本原子能工程試驗中心建成的大規(guī)模高性能地震振動臺，臺面為15mX15m，最大負載能力為1000噸，可同時進行水平和垂直激振。近年來，英國servotest公司以福州大學雙臺陣系統(tǒng)為代表，在國內(nèi)多個高校相繼建立了多軸液壓地震模擬振動臺。這些液壓振動臺的核心控制部件均采用電液伺服閥如MOOG閥等。

我國的液壓振動臺研究相對國外起步較晚但發(fā)展較快，近年來各類地震模擬振動臺和道路運輸試驗系統(tǒng)研制技術方面有了一定的發(fā)展，于1997年研制出了第一臺5m×5m的三軸向地震模擬臺。北京機械自動化研究所于2002年研制出了運輸模擬液壓振動臺，采用模擬控制方式位移閉環(huán)控制策略。中物院總體工程研究所于2004年為同濟大學研制的150gt離心機上振動臺，可實現(xiàn)300Kg模型負載試驗，并相繼也研制出了各種類型地震模擬振動臺、運輸模擬試驗臺等。

車輛運輸、機車運輸模擬試驗系統(tǒng)的主要工作頻段為0.5Hz～200Hz，機載環(huán)境模擬的工作頻帶為0.5Hz～120Hz。另外，利用離心機和液壓振動臺復合試驗系統(tǒng)開展縮比模型的高頻壓縮地震波模擬試驗，已被國內(nèi)外巖土工程界公認為是最有效的地震模擬實驗手段，而該方法對應的地震波工作頻段為20Hz～350Hz。由此可以看出，這些試驗系統(tǒng)的工作頻帶都集中在液壓振動臺中高頻段，且應用十分廣泛。另一方面，噴嘴擋板電液伺服閥系列，以其穩(wěn)定可靠、控制精度高等優(yōu)勢廣泛地應用在液壓伺服控制領域，但該類電液伺服閥受其工作原理的限制，其工作截止頻率一般在80Hz附近并按-3dB往下衰減，以至于該伺服閥的液壓激振系統(tǒng)在高頻特性較差。如何有效地解決高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制問題將是十分迫切。國內(nèi)在液壓振動臺控制方面做了一定的研究，通常的方法是位移閉環(huán)控制或者采用三狀態(tài)控制策略(地震模擬振動臺三狀態(tài)控制的研究，韓俊偉于麗明趙慧《哈爾濱工業(yè)大學學報》1999?June，vol31，No.3:22～24；)主要應用在液壓振動臺的低頻控制方面。關于高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制的文獻尚少，相關的控制裝置研發(fā)成熟產(chǎn)品也未見推出。

另外，經(jīng)搜索專利文獻資料，未見其他公開的關于高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制裝置的相關文獻，更未見相關產(chǎn)品在應用中使用。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上問題，本發(fā)明提供了一種能夠有效改善液壓激振系統(tǒng)的高頻特性，提高激振系統(tǒng)的加速度波形失真度，拓展工作頻寬可且系統(tǒng)全頻帶內(nèi)穩(wěn)定、可靠的高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法及控制裝置。

本發(fā)明的技術方案如下：

上述的高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法，其包括以下步驟：

(1)利用雙參量生成器，將激振系統(tǒng)的給定信號轉(zhuǎn)換為位移、加速度兩個分量；(2)建立伺服控制系統(tǒng)的位移和加速度閉環(huán)，通過位移階躍響應，調(diào)節(jié)位移反饋PID增益；(3)針對激振系統(tǒng)的高頻段，根據(jù)系統(tǒng)的正弦響應情況，適當調(diào)整加速度反饋增益，以提高激振系統(tǒng)高頻特性，改善加速度波形失真度。

所述高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法，其中：所述伺服控制方法是采用FPGA單板機進行底層的快速運算和自帶的40M時鐘信號定時，以實現(xiàn)伺服控制器的一個閉環(huán)周期精確定步長；同時，根據(jù)信號的頻寬要求，選擇0.25ms的精確閉環(huán)周期；利用DMA方式，進行給定信號輸入和多路控制信號輸出，以保證給定信號的發(fā)送與控制信號采集能夠不間斷不丟點的實時運行。

所述高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法，其中：所述步驟(3)中實際響應與給定信號之間存在著相位差，所述加速度反饋增益的參數(shù)可設定為正值或負值。

所述高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法，其中：所述步驟(2)中所述伺服控制系統(tǒng)閉環(huán)后處于受控狀態(tài)，其低頻段以位移控制為主，高頻段以加速度控制為主。

所述高頻液壓激振系統(tǒng)伺服控制方法，其中：所述步驟(1)呈現(xiàn)出以位移控制為主的低頻段位移大加速度小和以加速度控制為主高頻段位移小加速度大的兩個運動特征。