地震模擬振動台台陣系統多參量聯合控制技術研究

《地震模擬振動台台陣系統多參量聯合控制技術研究》是依託北京工業大學，由紀金豹擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：地震模擬振動台台陣系統多參量聯合控制技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：紀金豹
• 依託單位：北京工業大學

項目摘要

地震模擬振動台台陣是國際上振動台研究和發展的方向，由於可實現多維多點地震場激勵,振動台台陣試驗理論較之傳統單振動台試驗更為複雜，配套試驗方法和控制技術亟需深入研究。而其理論和技術上涉及土木、液壓、電子等諸多學科，兼具頻頻寬、加速度控制等特點，其研究內容豐富，套用前景廣闊。本項目組負責了自主研發的北京工業大學九子台振動台台陣系統的建設、開發和運行，完成了多通道聯合控制程式的開發和改造，開展了多振動台混合試驗研究，完成多維多點振動台台陣試驗20餘項。為提高振動台台陣系統的波形再現能力和系統性能，本項目提出考慮時頻域補償的多參量反饋閉環控制理論，擬建立考慮試件非線性相互作用、油源壓力波動影響的非線性控制系統模型，實現力、加速度聯合反饋和集散式自適應同步控制，並對振動台設計理論、加速度同步控制機理、控制參數自整定算法、多參量自適應反饋控制機理、振動台混合控制等開展系統的研究。

結題摘要

地震模擬振動台是一種具有諸多技術優勢的抗震試驗設備。振動台台陣是振動台技術的進一步發展，具有布置靈活、能源需求寬鬆、容易標準化、可以實現多點地震場再現以及可開展大型結構試驗等特點。北京工業大學振動台九子台台陣是目前國際上單台數量最多的振動台系統，在多維多點地震場激勵下建築和橋樑結構的抗震研究領域發揮了重要的試驗支撐作用。由於該台陣系統的國產控制器和三參量控制算法的性能限制，早期其波形精度不夠理想，嚴重影響了地震行波效應試驗、振動台混合試驗等試驗效果。本項目以提升多振動台台陣系統的控制精度和綜合性能為主要研究目標，圍繞振動台控制中的關鍵和熱點問題，以大型振動台台陣系統的多參量控制為研究主線，以九子台陣系統為成果套用對象，從振動台台陣系統的設計理論入手，開展了台陣系統設計方法、台陣系統性能影響因素分析、系統精細化建模與仿真、多參量反饋控制算法、控制參數自整定技術、振動台時頻域補償算法、台陣系統的波形評價方法等研究工作。提出並對多參量控制算法進行了分析和驗證；基於Simulink和Easy5建立了考慮系統非線性的精細化系統模型，分析了油源、伺服閥、作動器、試件等環節對系統特性的影響；運用最小二乘法、人工神經網路和自適應濾波算法，對振動台模型參數辨識方法進行了系統研究；參考PID整定方法和振動台台陣的調試經驗，提出基於專家經驗和基於系統辨識的振動台控制參數自整定方法，並對兩種方法的整定效果進行了分析和驗證；參考單向振動台的波形評價方法，提出套用于振動台台陣波形評價的加權評價方法。本項目的部分研究成果在北京工業大學振動台台陣和單台試驗中得到了成功的套用，相關研究工作提升了振動台台陣系統的控制性能，為實時子結構試驗的開展提供了技術儲備，推動了振動台台陣控制技術的發展。