冗余驱动振动台内力分析与控制

论文摘要

本文以哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所承接的某研究所的“三向六自由度液压台试验系统”为背景,对振动台试验过程中出现的内力问题进行理论研究,并对传统的和改进的基于压力镇定的内力削减控制方式进行仿真分析,验证其可行性。三轴六自由度液压振动台是工程研究中的重要实验设备,它广泛应用于航天、汽车、建筑、材料等许多重要工业领域。振动试验是把试件固定在试验台上,通过激振器运动模拟试件所受的实际振动情况,来研究和校核试件的抗振性能,还可以进行各种抗振、减振和避振措施的研究。随着工程研究的发展,对振动台性能的要求也越来越高,因此对振动台的研究也成为了一个重要的课题。控制策略是振动台试验的核心技术,六自由度振动台控制系统由伺服控制系统和振动控制系统两部分组成。伺服控制系统的主要作用是将自由度驱动信号转化为单系统驱动信号,驱动平台运动,实现振动台的自由度控制。六自由度液压振动台伺服控制系统由自由度合成及分解控制器、三状态控制器和压力镇定控制器三个主要部分组成。在经典伺服控制策略中,采用六自由度矩阵控制方法实现振动台的自由度控制,并采用压力镇定进行内力控制,得到了较好的控制效果,但是这种控制方式需要调节的参数较多,调节较为困难,本文进行传统压力镇定控制的同时,采用了改进压力镇定控制方式进行比较,这种方式可以得到相同的调节效果,但是调节比较简单,验证了改进压力镇定控制方法的可行性。本文从机理上阐述这种方法的正确性,为该方法的现实可行性提供理论基础。对于内力的产生机理,本文系统研究了系统加工安装误差、驱动系统参数不一致、台面变形等因素对内力产生的影响。本文同时对台面变形和驱动系统参数不一致进行了详尽的仿真和理论分析。本文采用的改进压力控制方式以及传统的压力镇定控制控制都是基于直接反馈控制的,论文最后引入柔性动力学分析为动力学的控制方法提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 系统组成和工作原理
• 1.4 地震模拟振动台国内外发展概况
• 1.5 地震模拟振动台的发展趋势
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 六自由度冗余振动台运动学分析与控制策略
• 2.1 六自由度转台机构位置反解
• 2.1.1 坐标系的建立
• 2.1.2 广义坐标基础
• 2.1.3 运动学反解分析
• 2.1.4 振动台速度分析
• 2.1.5 振动台加速度分析
• 2.2 六自由度振动台传统伺服控制策略分析
• 2.2.1 伺服控制系统的结构
• 2.2.2 自由度独立控制策略
• 2.3 本章小结
• 第3章 内力阐述与控制方法分析
• 3.1 引言
• 3.2 内力空间
• 3.3 加工安装误差及上铰铰轴安装缝隙产生内力分析
• 3.4 压力镇定控制器及其改进
• 3.4.1 传统的压力镇定控制器
• 3.4.2 改进的压力镇定控制器
• 3.5 改进压力镇定器与传统压力镇定器的等价性数学分析
• 3.5.1 数学依据
• 3.5.2 等价性说明
• 3.6 本章小结
• 第4章 虚拟样机技术的模型建立与分析
• 4.1 引言
• 4.2 虚拟样机技术概述
• 4.3 振动台台面的有限元分析
• 4.3.1 分析的目的
• 4.3.2 平台的结构特点
• 4.3.3 模型模态理论
• 4.3.4 模态分析基础
• 4.3.5 台面模态分析
• 4.4 ADAMS系统建模与仿真
• 4.4.1 ADAMS功能概述
• 4.4.2 ADAMS柔性模型理论
• 4.4.3 ADAMS刚柔模型建立
• 4.5 系统仿真整体物理模型
• 4.6 本章小结
• 第5章 内力仿真与动力学优化分析
• 5.1 参数不一致模型仿真与传统压力镇定控制结果分析
• 5.2 改进压力镇定器仿真分析
• 5.2.1 模态叠加理论
• 5.2.2 仿真结果的模态叠加分析
• 5.3 冗余自由度系统的动力学分析与优化
• 5.3.1 刚柔耦合冗余自由度系统的动力学分析
• 5.3.2 机构“自运动”与激励力的关系及动力学优化
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢