[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

本發明提出了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，涉及震動模擬實驗技術和控制技術領域。本發明首先對單軸地震模擬振動臺進行建模處理，采用系統辨識的方法辨識系統中的不確定參數，獲得一個比較精確的振動臺模型，其次采用自抗擾控制方法實現地震模擬振動臺的高精度波形復現，將模型的不確定性和存在的外部干擾都視為系統的總擾動，利用自抗擾控制的觀測器對擾動進行觀測和處理，降低地震模擬振動臺實驗過程中輸出對輸入波形的誤差，達到比較好的波形跟蹤效果。仿真結果表明發明所提出的控制策略能夠達到良好的波形更總的效果，有效提高振動臺系統抵抗外部干擾的能力。

技術領域

本發明涉及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，屬于震動模擬實驗技術和控制技術領域。

背景技術

地震模擬振動臺模擬實驗能夠在實驗室的環境中模擬出實際環境的震動條件，能夠測試實驗所用的試件在真實環境中的結構的可靠性，目前在汽車、建筑、航空航天領域得到了廣泛的應用。地震模擬振動臺的核心技術是振動臺的控制技術，如果選取不合適的控制方法，將不能夠達到比較好的環境再現精度，嚴重影響對實驗結構的抗震性能評估。

單軸地震模擬振動臺系統主要由伺服閥、作動器和振動臺臺面組成，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。分析表明，采用傳統的控制方法對地震模擬振動臺進行控制時，由于模型的精度不夠以及存在外界干擾等因素的影響，很難達到實驗所需要的精確控制效果。

自抗擾控制技術是上世紀九十年代由中國科學院數學與系統科學研究院的韓京清研究員及其領導的研究小組創立發展的,其既繼承和發揚了經典控制的觀念,同時又吸收了現代控制理論的思想。自抗擾控制技術的核心思想為:將系統中的未建模動態以及未知外部干擾當作系統的總和擾動,被實時地估計并補償到控制器中,從而實現了動態系統的動態反饋線性化。隨著廣大學者對自抗擾控制技術理論方面的充分研究,自抗擾控制技術已被廣泛應用于電機控制、飛行器控制、軋鋼、發電廠、坦克炮控系統等機器人領域。

發明內容

有鑒于此，為了解決現有技術中的上述問題，本發明提供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，可以有效降低模型不確定性以及干擾造成的控制精度問題。

本發明通過以下技術手段解決上述問題：

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，包括如下步驟：

Step1、對高階地震模擬振動臺進行建模處理：

Step1.1、對單軸地震模擬振動臺的結構進行分析，伺服閥前置級為理想雙噴嘴擋板閥，輸出級為理想零開口四通滑閥時，控制電信號ui與滑閥閥芯位移為比例關系。得出一個低階的振動臺模型；

Step1.2、考慮振動臺臺面和進行實驗的試件之間的作用關系，得出地震模擬振動臺的高階模型，分析所得的高階模型；

Stept2、對高階振動臺模擬系統設計自抗擾控制器進行控制；

Step2.1、跟蹤微分器的設計：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)