[发明专利]一种地震模拟振动台迭代控制方法

说明书

本发明公开了一种地震模拟振动台迭代控制方法，具体步骤包括：根据加速度指令信号和振动台台面采集的加速度输出信号求系统的频响函数；对系统频响函数做指数滑动平均滤波，使频响函数光滑并降低估计误差；对滤波后的系统频响函数在幅值和相位上分别进行插值，使系统频响函数对应的频率点和加速度期望信号的傅里叶变换对应的频率点相同；根据加速度期望信号和振动台台面采集的加速度输出信号计算加速度误差信号，并对误差信号做傅里叶变换；求取下一次迭代实验的加速度指令信号。本发明能够通过多次迭代实验提高振动台复现的加速度波形跟踪期望波形的精度。

技术领域

本发明涉及自动控制技术领域，具体地说，涉及一种地震模拟振动台迭代控制方法。

背景技术

液压振动试验系统具有推力大、行程长、低频特性好等优点，因此被广泛应用于车辆、船舶、航空航天、核设备等产品的抗震试验领域，并具有非常广阔的应用前景。地震模拟振动台是一种结构抗震试验中的重要试验设备，地震模拟振动台试验将试验对象放置在地震模拟振动台台面上，通过激振系统使得振动台的台面复现输入的加速度期望波形，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。

对地震模拟振动台而言，其对期望波形的复现精度对于设备本身以及对地震模拟振动台试验而言都是非常重要的指标。由于地震模拟振动台本质上是一个非线性系统，系统中包含着大量的不确定因素，并且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输出波形无法精确跟踪期望波形。受噪声和机械结构等因素影响，传统基于H1方法的系统频响函数估计无法准确得到系统特性，与真实系统模型存在较大偏差。

发明内容

本发明的目的是提供一种地震模拟振动台迭代控制方法，该方法以振动台系统的频响函数的估计为基础，利用振动台台面的输出波形和期望波形得到复现波形的控制误差，通过重复迭代不断修正下一次试验的控制量，得到一个有效的输入控制信号，使得振动台台面的输出波形能够更加精确的跟踪期望波形。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种地震模拟振动台迭代控制方法，该方法基于双环迭代控制系统实现，外环采用迭代控制策略，内环采用伺服控制单元，该方法包括如下步骤：

步骤1、根据加速度指令信号c(k)和振动台台面采集的加速度输出信号y(k)得到系统频响函数H(f)；

步骤2、对步骤1得到的系统频响函数H(f)在每个频率点上的幅值和相位分别做指数滑动平均滤波；

步骤3、对系统频响函数滤波后的幅值和相位分别做插值处理，使系统频响函数对应的频率点和加速度期望信号对应的频率点相同，得到插值后的系统频响函数H'(f)；

步骤4、根据加速度期望信号y_d(k)和振动台台面采集的加速度输出信号y(k)得到加速度误差信号e(k)，并对误差信号e(k)做傅里叶变换，记为E(f)；

步骤5、求取下一次迭代实验的内环加速度驱动信号u'(k)，包括如下子步骤：

a)求本次迭代实验的内环加速度驱动信号u(k)的频谱修正量

b)对ΔU(f)做傅里叶逆变换，得到内环加速度驱动信号u(k)的修正量Δu(k)＝IFFT[ΔU(f)]；

c)计算下一次迭代实验的内环加速度驱动信号u'(k)＝u(k)+Δu(k)；

步骤6、重复步骤4、5，直至振动台台面采集的加速度输出信号y(k)收敛于加速度期望信号y_d(k)。

进一步地，步骤1具体包括以下子步骤：

a)计算加速度指令信号c(k)的自功率谱密度S_xx(f)；