[发明专利]一种电动伺服缸地震模拟振动台控制系统

说明书

本发明公开了一种电动伺服缸地震模拟振动台控制系统，包括外环迭代控制子系统和内环控制子系统，在第k次迭代试验中，外环迭代控制子系统根据期望加速度波形、第k‑1次实验中振动台台面的加速度波形以及第k‑1次外环加速度控制命令生成第k次外环加速度控制命令，内环控制子系统接收外环加速度控制命令，采用加速度‑位移双参量控制方式，得到振动台控制命令，激励振动台振动。应用本发明，可以解决电动伺服缸地震模拟振动台台面加速度响应波形跟踪期望波形精度较差的问题，并能通过多次迭代试验进一步提高加速度波形复现精度。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体地说，涉及一种电动伺服缸地震模拟振动台控制系统。

背景技术

地震是最严重的自然灾害之一，对人们的生命财产安全构成了严重的威胁，给人类社会带来了巨大的损失。我国处在环太平洋地震带和欧亚地震带之间，是世界上地震灾害最严重的国家之一，历史上也发生过很多破坏性很大的地震。尤其是1976年7月28日，河北省唐山市发生了里氏7.8级的地震，造成近24万人死亡；2008年5月12日，四川汶川发生了里氏8.0级的地震，造成近7万人死亡，这些地震的灾难性后果让人触目惊心。

地震模拟振动台试验的基本原理是将试验对象放置在具有足够刚性的振动台台面上，通过激振系统使得振动台的台面复现输入的地震波形，使试验对象处于一个模拟的地震环境中，从而测试其在地震作用下的表现。地震模拟振动台试验方法是在实验室中研究结构在地震作用下的响应和地震的破坏机理的最直接的方法，因此已经成为目前结构抗震试验研究中最重要的手段之一。地震模拟振动台试验中最基本的设备就是地震模拟振动台，电动伺服缸地震模拟振动台以其相较于传统地震模拟振动台所具有的结构较为简单、操作简便、生产成本低、投资小等优点而广泛应用于小型工程结构试验。

由于地震波信号反映的是加速度的时域信号，所以采用地震模拟振动台再现地震波的试验，主要是加速度指令信号的再现。单纯的加速度指令跟随控制系统，是通过上位机发送给伺服驱动器的输入电压的变化，来控制伺服电机的实时出力，再通过机械传动传递到振动台的台面，并利用装置在振动台台面上的加速度传感器测量振动台台面的加速度作为控制系统的反馈信号。但是由于振动台的机械传动系统的摩擦力不可消除且在地震波试验过程中变化规律复杂，因此导致振动台台面加速度响应波形跟踪期望波形精度较差。而另一方面，在地震模拟振动台试验中通常台面载有试件，负载的变化也会影响到系统的动态特性，使得振动台的加速度的输出响应无法精确跟踪期望波形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动伺服缸地震模拟振动台控制系统，解决目前电动伺服缸地震模拟振动台台面加速度响应波形跟踪期望波形精度较差的问题。本发明系统采用双闭环控制，内环控制子系统采用加速度-位移双参量控制，外环控制子系统采用迭代学习控制，可以有效提高振动台台面的加速度波形复现精度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电动伺服缸地震模拟振动台控制系统，用于对电动伺服缸地震模拟振动台进行加速度控制，该控制系统包括外环迭代控制子系统和内环控制子系统；

所述外环迭代控制子系统包括记忆单元和外环控制单元；

在第k次迭代实验中，所述记忆单元用于记忆第k-1次外环加速度控制命令u_k-1(t)、第k-1次振动台台面加速度波形y_k-1(t)和期望加速度波形y_d(t)，并在外环控制单元处理完成后，将u_k-1(t)更新为u_k(t)，在第k次迭代实验结束后，将y_k-1(t)更新为y_k(t)；

所述外环控制单元获取记忆单元中存储的期望加速度波形y_d(t)、第k-1次外环加速度控制命令u_k-1(t)和第k-1次振动台台面加速度波形y_k-1(t)，做如下处理：