【摘 要】
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地震模拟振动台是一种非常重要的抗震研究试验设备,该设备的研发涉及了土木、电子、数控、机控、液压、机电、数电等多个领域。整个地震模拟振动台系统可分为物理系统与控制系统两部分,其中控制系统对整个系统的控制精度起着至关重要的作用。为进一步探索高性能地震模拟振动台控制方法,提高系统波形再现精度,本文以信阳师范学院地震模拟振动台系统为研究对象,以系统频响特性与波形复现精度为评判标准,在完成对地震模拟振动台系
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地震模拟振动台是一种非常重要的抗震研究试验设备,该设备的研发涉及了土木、电子、数控、机控、液压、机电、数电等多个领域。整个地震模拟振动台系统可分为物理系统与控制系统两部分,其中控制系统对整个系统的控制精度起着至关重要的作用。为进一步探索高性能地震模拟振动台控制方法,提高系统波形再现精度,本文以信阳师范学院地震模拟振动台系统为研究对象,以系统频响特性与波形复现精度为评判标准,在完成对地震模拟振动台系统理论分析及粒子群算法原理分析的基础上,提出了一种改进粒子群优化算法,实现了对系统控制参数的优化校调,提高了振动台系统的控制精度。而后将改进算法与台面反力补偿机制相融合,实现了对考虑试件与台面相互作用时振动台系统的优化补偿控制。同时利用MATLAB/Simulink完成了对振动台系统在不同控制情况下的频响特性分析与仿真建模分析。文中主要研究内容如下:(1)分析探究了振动台系统分别在开环控制与三参量闭环控制时的频响特性,推导了三参量控制下的地震模拟振动台系统理论传函,利用MATLAB/Simulink进行系统仿真建模,并简述了建模过程,研究分析了振动台系统采用不同控制参数时对波形再现精度的影响并给出参数优化建议。(2)提出了一种改进粒子群算法即“后随机非线性动态粒子群算法”,该算法具有更佳的寻优机制及参数寻优效率。采用该算法优化所得的三参量控制参数对振动台系统进行控制时,系统整体受控更好,系统有效频宽范围较理论参数值控制下更宽;不同波形信号下的系统仿真结果表明:与理论参数值控制下相比,地震模拟振动台系统在改进粒子群算法优化参数控制下的波形再现精度更高;通过与实验室台面反馈波形数据的仿真对比,也进一步验证了算法的有效性以及优化所得参数控制性能的优越性。(3)基于试件的负载特性,对考虑负载特性下的振动台系统展开分析。探究结果表明负载特性对系统整体稳定性具有较大影响,系统在试件自振频率处出现共振现象,且共振效应会随着试件质量与自振频率的增大而增强,随着阻尼比的增大而减弱。提出了一种反力补偿控制措施,并采用提出的新算法对补偿控制后的振动台控制系统进行参数寻优。优化补偿控制后的振动台系统控制能力增强,负载特性对系统的不良影响被显著削弱,系统有效频宽得到拓宽,台面波形再现精度显著提高。
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