[发明专利]一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法

权利要求书

1.一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，包括上层模块和下层模块，上层模块采用加速度滑动模态控制，下层模块采用加速度前馈控制和加速度反馈控制，具体为以下步骤：

S1、输入加速度指令信号、速度指令信号、位移指令信号、振动台速度反馈信号和位移反馈信号，使用加速度滑动模态控制，得到修正的加速度指令信号；

S2、将修正的加速度指令信号输入加速度前馈控制，得到前馈控制信号；将修正的加速度指令信号与振动台加速度反馈信号的差值同时输入加速度反馈控制，得到反馈控制信号；将前馈控制信号和反馈控制信号相加得到最终的控制信号；

S3、将最终的控制信号发送到作动器，驱使振动台和被测结构运动，使用传感器和数据采集设备测得振动台的加速度反馈信号、速度反馈信号和位移反馈信号；

在S1中，所述修正的加速度指令信号为：此为式1，

式中，为修正的加速度指令信号，为原始加速度指令信号，为速度反馈信号，为速度指令信号，d_t为位移反馈信号，d_td为位移指令信号，λ为控制位移追踪误差收敛率的正参数，K为控制滑动面收敛率的正参数。

2.根据权利要求1所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，在S1中，所述加速度滑动模态控制的振动台的运动公式为：此为式2；

被测结构的运动公式为：此为式3，

式中，m_t为振动台台面质量，为振动台加速度，m_e(t)为被测结构的时变质量，c_e(t)为被测结构的时变阻尼，k_e(t)为被测结构的时变刚度，为被测结构相对台面的加速度，为被测结构相对台面的速度，d_e为被测结构相对台面的位移，F为振动台控制力，f_c为未建模的复杂非线性力。

3.根据权利要求2所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，所述加速度滑动模态控制设有滑动面，滑动面为振动台速度追踪误差和位移追踪误差的加权和，滑动面表达为：此为式4，

式中，S为滑动面，为振动台速度追踪误差，为振动台位移追踪误差。

4.根据权利要求3所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，滑动面的微分形式为：

此为式5，

式中，为振动台加速度追踪误差。

5.根据权利要求3所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，滑动面的李雅普诺夫候选函数为：此为式6；滑动面控制律为：此为式7；候选函数微分形式为：此为式8，

式中，李雅普诺夫候选函数V是正定的，候选函数微分形式是负定的，根据李雅普诺夫稳定性理论可知，滑动面S渐进趋于0。

6.根据权利要求4所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，振动台控制力的表达式为：此为式9；被测结构对振动台的作用力为：此为式10，

式中，f_e为被测结构对振动台的作用力。

7.根据权利要求6所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，在传统力滑动模态控制中，振动台实际力反馈和振动台控制力指令的追踪关系为：此为式11，

式中，F_fb为振动台实际力反馈，为振动台台面实际质量，为振动台实际加速度反馈，为被测结构对振动台的实际作用力，为振动台实际受到的未建模的复杂非线性力，F_ref为振动台控制力指令；

传统力滑动模态控制中，需要知道被测结构对振动台的作用力f_e和未建模的复杂非线性力f_c；若m_t能被精确得知，且f_e和f_c都能被准确计算和追踪，即：则振动台实际加速度反馈和振动台加速度指令的追踪关系为传统力滑动模态控制转变成加速度滑动模态控制。

8.根据权利要求1所述的一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，其特征在于，在S2中，所述加速度前馈控制和加速度反馈控制均采用系统传递函数设计。