【摘要】：我國是一個(gè)地震頻發(fā)的國家,振動(dòng)臺(tái)作為測(cè)試建筑物抗震性的設(shè)備,在防災(zāi)減災(zāi)中起這至關(guān)重要的作用。為避免縮尺實(shí)驗(yàn)所帶來的問題,冗余多軸振動(dòng)臺(tái)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)于多輸入多輸出系統(tǒng),不可避免各自由度之間存在耦合,耦合不僅使得振動(dòng)臺(tái)的實(shí)際振動(dòng)產(chǎn)生了不必要的耦合輸出,同時(shí)也影響了各自由度的性能的調(diào)節(jié)�？紤]到解耦是屬于基礎(chǔ)性工作,只有耦合性降低才能更好提高系統(tǒng)的各性能,本文著重研究振動(dòng)臺(tái)的解耦控制。本文針對(duì)多軸冗余振動(dòng)臺(tái),建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)動(dòng)力學(xué)方程,進(jìn)而對(duì)振動(dòng)臺(tái)各自由度的耦合進(jìn)行了相關(guān)分析,結(jié)果表明:各自由度的耦合比較嚴(yán)重,并且各自由度的動(dòng)態(tài)特性存在多個(gè)諧振峰,在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行相關(guān)控制,比較困難,因此在此基礎(chǔ)上引入模態(tài)控制。本文對(duì)模態(tài)理論進(jìn)行了相關(guān)分析,建立了物理空間與模態(tài)空間的映射關(guān)系�？紤]到引入模態(tài)控制控制的根本原因是:模態(tài)空間中各自由度無耦合,各階振型獨(dú)立。故而本文著重分析,建模存在誤差時(shí)對(duì)模態(tài)控制的影響,結(jié)果表明:不考慮液壓支腿質(zhì)量時(shí),模態(tài)空間中各自由度的耦合仍然非常嚴(yán)重,故不能忽略液壓支腿質(zhì)量。本文對(duì)模態(tài)空間中固有頻率、阻尼比以及諧振峰進(jìn)行了相關(guān)分析,結(jié)果表明:隨著6階模態(tài)固有頻率的增加,其對(duì)應(yīng)的阻尼越來越小,諧振峰值越來越大,同時(shí)模態(tài)空間中各自由度間的耦合諧振峰取決于耦合輸出模態(tài)自由度的動(dòng)態(tài)特性�？紤]到實(shí)際系統(tǒng)質(zhì)量陣和剛度陣的不確定性,本文提出了基于實(shí)驗(yàn)的模態(tài)陣求取,將6×6的模態(tài)陣簡(jiǎn)化為僅受兩個(gè)參數(shù)影響。針對(duì)無耦合的模態(tài)空間映射至物理空間之后,物理空間中耦合仍然比較嚴(yán)重,本文提出了基于模態(tài)控制聯(lián)合自由度控制,前饋控制,三狀態(tài)反饋控制,內(nèi)力控制策略,實(shí)現(xiàn)了在理論上物理空間中各自由度的完全解耦,仿真結(jié)果表明:解耦效果十分明顯,近似于全解耦,而實(shí)驗(yàn)解耦效果有3-8d B,表明算法可行。同時(shí)結(jié)果表明:模態(tài)前饋通過調(diào)節(jié)使得各模態(tài)自由度幅頻特性一致化,映射至物理空間后,各自由度仍然無耦合。而自由度前饋對(duì)物理空間的耦合沒有絲毫影響。
[Abstract]:China is a country with frequent earthquakes. As an equipment for testing the earthquake resistance of buildings, vibration table plays an important role in disaster prevention and mitigation. In order to avoid the problem caused by scale experiment, redundant multi-axis vibration table is a developing trend. For multi-input multi-output systems, coupling between degrees of freedom is inevitable. Coupling not only causes unnecessary coupling output of vibration table, but also affects the regulation of performance of each degree of freedom. Considering that decoupling is a basic work, only when the coupling property is reduced, the performance of the system can be improved better. In this paper, the decoupling control of vibration table is studied emphatically. In this paper, the kinematics and dynamics equations of multi-axis redundant vibration table are established, and the coupling of various degrees of freedom of vibration table is analyzed. The results show that the coupling of each degree of freedom is serious. And there are many resonance peaks in the dynamic characteristics of each degree of freedom, so it is difficult to carry out correlation control on this basis, so modal control is introduced on this basis. This paper analyzes the modal theory and establishes the mapping relationship between physical space and modal space. It is considered that the fundamental reason for the introduction of modal control is that each degree of freedom in the modal space is not coupled and the vibration modes of each order are independent. Therefore, the effect of modeling error on modal control is analyzed. The results show that the coupling of various degrees of freedom in modal space is still very serious, so the mass of hydraulic leg can not be ignored. In this paper, the natural frequency, damping ratio and resonance peak in modal space are analyzed. The results show that with the increase of the natural frequency of the sixth mode, the corresponding damping becomes smaller and the resonance peak becomes larger and larger. At the same time, the coupling resonance peak between the various degrees of freedom in the modal space depends on the dynamic characteristics of the coupled output modal freedom. Considering the uncertainty of mass matrix and stiffness matrix of real system, an experimental modal matrix is proposed in this paper. The 6 脳 6 modal matrix is simplified to be affected by only two parameters. The coupling is still serious in the physical space after the uncoupled modal space is mapped to the physical space. In this paper, the joint freedom control, feedforward control, three-state feedback control and internal force control strategy based on modal control are proposed. The complete decoupling of each degree of freedom in the physical space is realized theoretically. The simulation results show that the decoupling effect is very obvious and approximate to the full decoupling effect, while the experimental decoupling effect is 3-8 dB, which shows that the algorithm is feasible. At the same time, the results show that the modal feedforward can make the amplitude and frequency characteristics of each mode of freedom uniform by adjusting, and after mapping to physical space, each degree of freedom still has no coupling. The degree of freedom feedforward has no effect on the coupling of physical space.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB534.2

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本文編號(hào)：2291917