基于迭代学习控制的电液伺服振动台控制系统的研究

论文摘要

结构抗震试验是目前防震抗灾研究的必要环节。随着控制理论、计算机技术的发展,抗震试验方法也朝着大型化、数字化、精确化、智能化方向发展。新的试验方法在伪静力试验、拟动力试验和振动台试验当中的应用是当前抗震试验研究的热点,特别是基于智能控制方法的振动台试验,更是成为国内外防震抗灾试验方法研究领域的前沿。本论文所做工作是国家自然科学基金项目—《现代结构拟动力地震模拟协同试验方法与系统》的一部分,具体所做的工作就是对已有地震模拟振动台的电液伺服控制系统进行改造,这项工作对地震模拟振动台实验方法的研究有重要意义。本文阐述了电液伺服地震模拟振动台的基本控制方法及采用智能控制技术的趋势,重点分析了迭代学习控制算法在振动台地震加速度波形再现技术中的应用。针对湖南大学结构实验室地震模拟振动台加速度波形再现的需要,应用了迭代学习控制理论在振动台液压作动器位移PID控制的基础上构建外部加速度闭环,组成双闭环控制:其中内闭环采用MTS控制系统已有的PID控制,外闭环通过配置加速度反馈和编写波形转换和加载程序,采用迭代学习控制算法实现外部闭环控制来修正波形。采用MATLAB进行了仿真,验证了算法的适用性。设计了简易的试验构件,采用两种方法得出了振动台系统的传递函数,并且通过迭代学习控制算法来修正输入信号,修正传递函数,实现台面地震波形的再现。通过多次真实实验,达到了理想效果,验证了改造后系统的性能。进行了在线实时迭代学习控制算法来修正的探索和试验。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 地震模拟振动台国内外发展现状
• 1.3 本课题的研究背景
• 1.4 本论文主要研究内容
• 1.5 本论文的章节安排
• 第2章 地震模拟振动台原理及控制系统的设计要求
• 2.1 电液伺服地震模拟振动台设备构成与工作原理
• 2.1.1 系统性能参数
• 2.1.2 电液伺服地震模拟振动台设备构成
• 2.1.3 电液伺服地震模拟振动台的工作原理
• 2.2 电液伺服地震模拟振动台数学模型
• 2.3 MTS 电液伺服控制系统补偿器的影响
• 2.4 电液伺服地震模拟振动台控制系统的设计要求
• 2.5 小结
• 第3章 迭代学习控制算法与仿真
• 3.1 基于迭代学习的控制方法研究
• 3.1.1 迭代学习控制的发展概况和研究现状
• 3.1.2 迭代学习控制基本原理和结构
• 3.1.3 迭代学习控制的特点
• 3.2 迭代学习控制算法
• 3.2.1 开环和闭环迭代控制
• 3.2.2 迭代学习律
• 3.2.3 离散系统的迭代学习控制算法
• 3.3 地震模拟振动台控制方法的实现
• 3.4 地震模拟振动台的迭代学习控制
• 3.5 控制方法仿真
• 3.6 小结
• 第4章 控制系统硬件与软件设计
• 4.1 MTS 电液伺服系统介绍
• 4.1.1 MTS 控制器硬件介绍
• 4.1.2 MTS 后台控制软件介绍
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 加速度、位移传感器选型
• 4.2.2 加速度、位移信号的调理和连接
• 4.3 软件设计
• 4.3.1 软件总体设计
• 4.3.2 加速度波/位移转换算法模块设计
• 4.3.3 波形加载与控制模块设计
• 4.3.4 波形迭代处理算法模块设计
• 4.4 小结
• 第5章 地震模拟振动台调试
• 5.1 试验构件设计
• 5.2 试验系统传递函数获取方法
• 5.2.1 正弦扫频方法
• 5.2.2 白噪声加载方法
• 5.3 真实试验基本过程
• 5.3.1 迭代学习控制的控制流程
• 5.3.2 波形再现精度判别和迭代误差的定义
• 5.4 试验运行及控制效果分析
• 5.5 实时在线迭代学习控制试验探索
• 5.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的科研项目