[發明專利]一種高階單軸地震模擬振動臺波形復現的自抗擾控制方法

有效

• 申請號: 202010797087.5
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN112067217B
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 雷琪;王升;國巍;邵平
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 廣州容大知識產權代理事務所(普通合伙) 44326
• 代理人: 潘素云

1.一種高階單軸地震模擬振動臺波形復現的自抗擾控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

建立帶有試件的高階單軸地震模擬振動臺的系統動力學模型；

利用設計的系統動力學模型，設計振動臺的自抗擾控制器；

設計自抗擾控制器的跟蹤微分器，為自抗擾控制器的初始跟蹤誤差設計過渡過程，避免自抗擾控制器發生超調，同時獲取輸入位移信號的微分信號；

設計自抗擾控制器的擴張狀態觀測器，將系統建模過程中的不確定性和受到的外部干擾進行估計；

設計自抗擾控制器的非線性反饋控制器，將系統建模過程中的不確定性和受到的外部干擾進行補償；

仿真分析，得出結論；

設計跟蹤微分器具體如下：

跟蹤微分器通過使用慣性環節最大限度的追蹤輸入信號的動態特性，通過求解微分方程的方法，獲得給定輸入位移信號的輸入微分信號x(t)，其最終離散形式為：

x₁(t+1)＝x₁(t)+T_s×x₂(t)

x₂(t+1)＝x₁(t)+T_s×fhan(x₁(t)-x(t)，x₂(t)，r，h)

通過跟蹤微分器對輸入的波形信號進行處理，上述式子中，x₁(t)和x₂(t)分別為x(t)經過跟蹤微分其之后得到的第t次位移跟蹤信號和位移微分信號，r和h分別為微分跟蹤器的濾波參數和跟蹤步長，T_s為跟蹤微分器的積分步長，x(t)為第t次輸入的位移參考信號；fhan為最速綜合控制函數，函數表達式如下所示：

2.根據權利要求1所述的高階單軸地震模擬振動臺波形復現的自抗擾控制方法，其特征在于，建立帶有試件的高階單軸地震模擬振動臺的系統動力學模型具體步驟如下：

建立單軸地震模擬振動臺在不放置試件時的模型；單軸地震模擬振動臺包括伺服閥、作動器和振動臺臺面，伺服閥通過液壓油驅動作動器活塞桿運動，帶動振動臺臺面水平滑動，以伺服閥收到的電信號u_i為系統輸入，振動臺臺面位移x_t為系統輸出，單軸地震模擬振動臺由伺服閥控制的水平機構驅動剛性平臺，根據振動臺的組成部件機理建立振動臺模型：

其中，在中，ω_a是系統的自擾振蕩頻率，A是執行機構活塞面積，V是執行器中油的體積，β是流體的體積彈性模量，m_t是振動臺臺面質量；是系統的等效阻尼比，k_L為伺服閥流量壓力系數；是振動臺的增益，k_xq是全局流量增益，k_sv伺服閥的主級閥芯位移增益；

考慮振動臺臺面和實驗所用的試件之間的相互作用，二者相互作用的關系為：

f_a(s)＝m_ts²x_t(s)[1+(m_s/m_t)H_s]

其中，fa為振動臺臺面和試件之間的相互作用力，m_s為試件的質量，s為積分因子，為振動臺系統因子，ω_s為試件的頻率因子；

通過上面兩個步驟，能夠得到振動臺的高階模型為：