[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

说明书

本发明公开了一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，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，输入加速度、速度、位移指令信号、振动台速度和位移反馈信号，得到修正的加速度指令信号；下层模块采用加速度前馈控制和加速度反馈控制，输入修正的加速度指令信号和振动台加速度反馈信号，得到控制信号；加速度滑动模态控制克服了传统力滑动模态控制的缺陷，使得被测结构对振动台的作用力和其他未建模的复杂非线性力被自然抵消；加速度前馈控制和加速度反馈控制用于加速度指令的实时追踪，确保控制系统的稳定性，相对现有技术，该方法能实现更高精度的加速度追踪效果，保证了地震激励在振动台中的准确再现。

技术领域

本发明涉及震动模拟实验控制的技术领域，具体涉及一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法。

背景技术

地震模拟振动台是评估结构抗震性能最有效的试验工具，在地震工程领域得到了广泛应用。传统振动台的加载控制方法大多采用位移控制，虽能取得较好的位移追踪效果，但其加速度追踪效果较差。直接加速度控制虽能取得较好的加速度追踪效果，但却是不稳定的，会造成台面漂移过大而失效。力滑动模态控制需要知道被测结构对振动台的作用力和其他未建模的复杂非线性力，但这些力在试验中并不能准确测得，故其不可避免地引入了计算和追踪误差。因此，提出切实可行的控制算法，同时确保加速度、速度和位移的追踪效果，成为振动台控制的关键。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，克服传统力滑动模态控制的缺陷，使被测结构对振动台的作用力和其他未建模的复杂非线性力被自然抵消。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于地震模拟振动台的加速度分层控制方法，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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，