[發(fā)明專利]一種大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110537007.7
• 申請(qǐng)日: 2021-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN113324718B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐趙東;曾令輝;董堯榮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02;G01N3/12;G01N3/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發(fā)明公開了一種大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法；實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)分為外環(huán)控制以及內(nèi)環(huán)控制，其中內(nèi)環(huán)控制包括伺服液壓控制器、控制器編程模塊以及伺服液壓作動(dòng)器系統(tǒng)，外環(huán)控制包括內(nèi)環(huán)控制的構(gòu)件以及計(jì)算平臺(tái)有限元軟件模塊、中間平臺(tái)Matlab模塊。其中，計(jì)算平臺(tái)有限元軟件模塊與中間平臺(tái)Matlab模塊通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議通訊，中間平臺(tái)Matlab模塊與伺服液壓控制器通過網(wǎng)線連接實(shí)現(xiàn)Ethernet通訊，伺服液壓控制器通過電信號(hào)控制伺服液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)采用自適應(yīng)控制器，具有可應(yīng)用大型非線性子結(jié)構(gòu)范圍廣，控制曲線穩(wěn)定易于跟隨且控制精度高、試驗(yàn)時(shí)滯小的優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)整個(gè)混合試驗(yàn)系統(tǒng)占地面積不大，使用便捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)，屬于土木工程結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域

背景技術(shù)

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)方法領(lǐng)域主要包括擬靜力試驗(yàn)、擬動(dòng)力試驗(yàn)以及地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)方法是以上三種傳統(tǒng)抗震試驗(yàn)方法外的又一新型方法，是從子結(jié)構(gòu)擬動(dòng)力試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展而來。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)時(shí)，結(jié)構(gòu)被分為兩部分：計(jì)算子結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)，其中結(jié)構(gòu)中不易數(shù)值模擬的非線性較強(qiáng)的部分作為試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)并通過作動(dòng)器在真實(shí)情況下加載，其它容易模擬的部分作為數(shù)值子結(jié)構(gòu)在計(jì)算機(jī)中建模計(jì)算，通過計(jì)算機(jī)和作動(dòng)器控制系統(tǒng)的相互通信，實(shí)現(xiàn)全結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)分析。

相比于傳統(tǒng)的三種抗震試驗(yàn)方法，結(jié)構(gòu)抗震混合試驗(yàn)方法的主要優(yōu)勢(shì)在于可以考慮真實(shí)地震動(dòng)對(duì)整體結(jié)構(gòu)的影響，而且通過合理區(qū)分試驗(yàn)單元和計(jì)算子結(jié)構(gòu)，能夠以較小的試驗(yàn)成本，實(shí)現(xiàn)物理試驗(yàn)部分的大比例模型或足尺模型試驗(yàn)，提高整體結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的精度。且實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)更是可以反應(yīng)速度相關(guān)型試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的性能；所以結(jié)構(gòu)抗震實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)方法逐漸成為結(jié)構(gòu)抗震研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)方向之一，并被越來越多的研究人員所青睞。

然而目前實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)采用更多非線性較強(qiáng)的大型試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)，對(duì)混合試驗(yàn)的控制效果以及試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確性提出了更高級(jí)別的要求；傳統(tǒng)混合試驗(yàn)系統(tǒng)在進(jìn)行大型非線性試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的混合試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性與精確性較差，并且可視化程度較低,不利于混合試驗(yàn)操作的安全性和便捷性；再有傳統(tǒng)混合試驗(yàn)系統(tǒng)反力架靈活程度較低，不便于移動(dòng)和試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的安裝。

因此，研究一種基于自適應(yīng)控制器的大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)成為土木結(jié)構(gòu)試驗(yàn)領(lǐng)域亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，該大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)采用自適應(yīng)控制器，具有可應(yīng)用大型非線性子結(jié)構(gòu)范圍廣，控制曲線穩(wěn)定易于跟隨且控制精度高、試驗(yàn)時(shí)滯小的優(yōu)點(diǎn)；整個(gè)混合試驗(yàn)系統(tǒng)占地面積不大，使用便捷。同時(shí)可實(shí)時(shí)可視化監(jiān)督試驗(yàn)進(jìn)行情況，方便檢查試驗(yàn)進(jìn)行過程中可能出現(xiàn)的問題以及試驗(yàn)效果，使得實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)能夠更廣泛的推廣及應(yīng)用，大幅度降低了混合試驗(yàn)研究的門檻。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下具體技術(shù)方案：

一種大型可視化實(shí)時(shí)混合試驗(yàn)系統(tǒng)，分為外環(huán)控制以及內(nèi)環(huán)控制，其中內(nèi)環(huán)控制包括伺服液壓控制器、控制器編程模塊以及伺服液壓作動(dòng)器系統(tǒng)；

外環(huán)控制包括內(nèi)環(huán)控制的構(gòu)件、計(jì)算平臺(tái)有限元軟件模塊以及中間平臺(tái)Matlab模塊，其中，所述計(jì)算平臺(tái)有限元軟件模塊與中間平臺(tái)Matlab模塊通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議通訊，中間平臺(tái)Matlab模塊與伺服液壓控制器通過網(wǎng)線連接實(shí)現(xiàn)通訊，伺服液壓控制器通過電信號(hào)控制伺服液壓作動(dòng)器運(yùn)動(dòng)，所述伺服液壓控制器采用自適應(yīng)控制器，根據(jù)非線性試驗(yàn)子結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特性，基于修正的最小二乘法和投影算法確定自適應(yīng)控制器的超前滯后補(bǔ)償?shù)淖哉刂茀?shù)，根據(jù)采集數(shù)據(jù)與命令數(shù)據(jù)的差值進(jìn)行算法補(bǔ)償，調(diào)整所述伺服液壓作動(dòng)器系統(tǒng)中的液壓伺服作動(dòng)器對(duì)命令位移的跟蹤，以最小化來自內(nèi)環(huán)的識(shí)別誤差。