[发明专利]一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法

权利要求书

1.一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤1：对三自由度加载系统发出位移、转角和轴力命令，通过非线性变换G1得到作动器A、作动器B和作动器C的目标位移，作用在试件上；

步骤2：在试件的水平以及竖向设置LVDT位移传感器，采集LVDT位移传感器的位移，并同时采集作动器A、作动器B和作动器C的位移和出力；

步骤3：将LVDT位移传感器的位移通过非线性变换G2得到试件的实际位移和实际转角，将作动器的位移和出力，通过非线性变换G3得到试件的实际轴力；

步骤4：将实际位移、实际转角和实际轴力传输给三自由度加载系统进行反馈控制，继续通过PI控制器的修正重复步骤1-4，直至满足三自由度加载系统的预设条件，从而实现试件的目标位移、轴力和转角。

2.如权利要求1所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述步骤1中，三自由度加载系统通过L型加载梁作用在试件上，作动器A在水平方向上连接在L型加载梁的短边，作动器B和作动器C在竖直方向上连接在L型加载梁的长边上，所述作动器A、作动器B和作动器C的目标位移通过L型加载梁将力作用在试件上。

3.如权利要求2所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述步骤1中非线性变换G₁的具体为：作动器的目标位移其中作动器A与固定端连接处在竖直方向上投射到地面的点为坐标原点，逆时针方向为转角的正方向，水平向右为X轴，竖直向上为Y轴，i取A、B、C，d_ic表示作动器A、作动器B或作动器C的目标位移，X_Ai,s为作动器A、作动器B或作动器C与试件相连一端的横坐标，X_Ai,f为作动器A、作动器B或作动器C固定端的横坐标，Y_Ai,s为作动器A、作动器B或作动器C与试件相连一端的纵坐标，Y_Ai,f为作动器A、作动器B或作动器C固定端的纵坐标，d_io为各作动器的初始长度。

4.如权利要求3所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述LVDT位移传感器的具体设置方法为：在试件的顶梁两端分别竖向设置LVDT位移传感器Ⅱ和LVDT位移传感器Ⅲ，并在顶梁一端设置一个水平的LVDT位移传感器Ⅰ；在试件的底梁两端分别竖向设置LVDT位移传感器Ⅴ和LVDT位移传感器Ⅵ，并在底梁一端设置一个水平的LVDT位移传感器Ⅳ。

5.如权利要求4所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述LVDT位移传感器的前、后两端分别与固定件和顶梁或底梁的被测位置铰接。

6.如权利要求5所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述步骤3中非线性变换G₂具体为：

所述试件的实际位移d₁′＝d_c′-d_o，其中d_o是底梁上表面中心O点处的水平位移，X_2,f、X_3,f分别为传感器Ⅱ、传感器Ⅲ固定端的横坐标，L₂、L₃分别为传感器Ⅱ、传感器Ⅲ运动过程中的长度，α₂、α₃分别为传感器Ⅱ、传感器Ⅲ与X轴负方向的夹角，X_CO是顶梁下表面中心C点处的初始横坐标；

所述试件的实际转角其中d为传感器Ⅱ和传感器Ⅲ之间的水平距离。

7.如权利要求6所述的用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，其特征在于，所述步骤3中非线性变换G₃具体为：所述试件的实际轴力N′＝F₁·sinγ₁+F₂·sinγ₂+F₃·sinγ₃，其中，F₁为作动器A的实际出力，F₂为作动器B的实际出力，F₃为作动器D的实际出力，γ₁、γ₂、γ₃分别为作动器A、作动器B、作动器C与X轴正方向的夹角。