基於AMD多參量控制的振動台子結構試驗技術研究

《基於AMD多參量控制的振動台子結構試驗技術研究》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：基於AMD多參量控制的振動台子結構試驗技術研究
• 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

地震模擬振動台子結構試驗是結構實驗技術的重要發展方向，受到國內外廣泛關注。依託振動台台陣多參量同步控制的研究基礎，本項目提出主動質量驅動器（AMD）和多參量控制算法套用于振動台子結構試驗的研究方案，通過AMD的多參量控制提供附加質量和模擬數值子結構的動力作用，具有不需要附加反力牆、控制精度高、技術先進、實施方便等優點，具有很好的理論研究價值和實用意義。本項目擬基於有限元子結構法推導子結構試驗的邊界模擬算法；通過MATLAB結合有限元對比分析整體結構試驗、子結構擬動力試驗和振動台子結構試驗的控制效果；基於LabView開發多參量控制AMD系統和配套軟硬體裝置；結合系統精細化建模和仿真完善和發展界面參數傳遞方法和實時控制算法；並通過振動台試驗檢驗振動台子結構試驗方法的有效性。本項目成果提供了一種先進的子結構試驗手段，可用於振動台功能擴充，也可為高性能振動台的研發提供技術支撐。

結題摘要

對結構試驗方法的不斷改進和持續探索是促進土木學科發展的重要研究任務，結構混合試驗經歷了擬動力試驗、擬動力子結構試驗、快速擬動力試驗、實時動力試驗、實時子結構試驗的發展歷程，並且與振動台試驗結合形成了獨具特色的振動台子結構試驗技術。與靜態慢速載入的擬動力試驗相比，實時混合試驗在人工邊界處理、界面參數量測、載入方式與裝置、數值積分算法、閉環控制算法、時滯補償與系統穩定性等方面存在一系列新的研究課題。本項目將AMD控制裝置和三參量控制、多參量控制算法引入到振動台子結構試驗領域；通過動力方程推導和傳遞函式分析建立了剪下型結構的子結構拆分公式；結合理論分析和數值仿真研究了拆分位置、重力效應、集中力效應和附加彎矩對試驗效果的影響；結合最佳化分析設計加工了用於振動台子結構試驗的TMD、AMD載入裝置，通過性能試驗和模態測試開展了TMD、AMD載入裝置的性能測試和模型辨識；基於有限元分析、MATLAB編程仿真對整體模型、子結構拆分模型、考慮控制系統特性的混合控制模型進行了對比仿真分析，研究了位移PID控制、三參量控制、多參量控制的控制效果，研究表明三參量和多參量控制可以取得顯著優於位移PID的載入控制效果；對感測器噪聲、系統狀態平衡與時滯、支座剛度與系統非線性、伺服閥特性等對控制效果的影響進行了分析；完成了包含兩種數值積分算法和多種閉環控制算法的試驗載入控制軟體開發，實現了仿真模式和基於NI-PXIe控制器的實時載入控制；通過數值仿真和實際試驗檢驗了振動台子結構試驗方法的有效性和可行性。多參量控制AMD裝置實施振動台子結構試驗，具有不需要反力牆、作動器行程要求低、兼顧配重、試驗精度高、實施方便、技術先進等優點，是一種先進的實時子結構試驗的載入控制方案。本項目相關研究成果即可套用於實時子結構試驗，可也用於振動台功能擴充，可為國內高性能地震模擬振動台的研製提供技術參考，具有很好的理論和套用價值。