单自由度实时混合试验的控制方法

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由于地震作用和工程结构的复杂性,结构抗震试验方法的研究显得尤为重要。而近年来一些新兴的结构抗震装置很难用传统的抗震试验方法来检验其抗震性能。实时混合试验方法具有能进行大比例尺甚至足尺试验和实时试验的优良特性,它能够克服传统抗震试验方法的局限性。实时混合试验方法将结构分为数值子结构和实验子结构,通过传递系统(作动器或振动台)来实现实验子结构和数值子结构之间的边界条件的协调。传递系统的动力特性会影响整个实时混合试验系统的稳定和精度,因此,用控制方法消除传递系统动力特性的影响有十分重要的意义。本文研究了实时混合试验中的控制方法,主要的研究内容如下:1、对于非线性结构实时混合试验的等效力控制方法,本文采用滑动模态控制器代替PID控制器作为等效力控制方法的外部控制器。针对实时混合试验,研究了滑动模态控制器的设计方法,进行了线性和非线性试件的数值仿真和实时混合试验。仿真及试验结果验证了本文方法的良好控制效果。2、针对非匹配不确定性设计滑动模态控制器作为等效力控制方法的外部控制器,讨论了关键参数对等效力控制性能的影响,分析了采用这种滑动模态控制器的等效力控制方法的稳定性。数值仿真结果表明滑动模态控制对非线性试件是有较好的控制效果。3、针对等效力控制方法的时滞采用了自适应预测补偿算法来补偿,分析了自适应参数对时滞补偿效果的影响。线弹性试件的数值仿真和试验表明这种方法比单纯的等效力控制方法稳定性更好,非线性试件的实时混合试验结果表明这种方法比固定时滞补偿能得到更好的补偿效果。4、针对实时混合试验速度、加速度控制的问题,提出了基于显式积分算法的等效力控制方法。磁流变阻尼器试件的实时混合试验证明了基于Newmark显式方法的等效力控制方法的可行性,纯惯性试件的实时混合仿真验证了基于L稳定实时协调显式算法的等效力控制方法的可行性。5、对动力子结构试验中的加速度控制方法进行了研究,将前置滤波结合后置滤波来控制动力子结构试验中加速度响应高频振荡,采用压差反馈控制来削弱台面加速度响应噪声。纯惯性试件的振动台混合试验验证了试验平台的性能,圆柱形调谐液体阻尼器(CTLD)的振动台混合试验验证了CTLD能够较好地控制结构在地震中的加速度响应。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
第1章 绪论第15-27页
    1.1 课题研究背景第15-16页
    1.2 实时混合试验方法发展概况第16-24页
        1.2.1 实时混合试验数值积分方法第16-18页
        1.2.2 实时混合试验系统的控制第18-20页
        1.2.3 实时混合试验的时滞补偿第20-22页
        1.2.4 振动台混合试验技术第22-24页
    1.3 本文研究课题来源第24页
    1.4 本文研究内容第24-27页
第2章 基于滑动模态控制的等效力控制方法第27-54页
    2.1 引言第27-28页
    2.2 滑动模态控制器设计第28-34页
    2.3 数值仿真第34-38页
        2.3.1 线弹性试件第34-35页
        2.3.2 模态控制方法与 PID 控制方法比较第35-37页
        2.3.3 防屈曲支撑试件第37-38页
    2.4 试验验证第38-53页
        2.4.1 弹簧试件作动器模型识别第38-42页
        2.4.2 弹簧试件的拟动力子结构试验第42-45页
        2.4.3 弹簧试件实时混合试验第45-47页
        2.4.4 防屈曲支撑试件的拟动力子结构试验第47-50页
        2.4.5 防屈曲支撑试件的实时混合试验第50-53页
    2.5 本章小结第53-54页
第3章 基于非匹配不确定性的滑动模态控制的等效力控制方法第54-76页
    3.1 引言第54-55页
    3.2 基于变换的非匹配不确定性的滑动模态控制器设计第55-59页
    3.3 颤抖问题和消除第59-60页
        3.3.1 李雅普洛夫稳定性定理的扩展第59页
        3.3.2 颤抖问题第59-60页
        3.3.3 颤抖的削弱第60页
    3.4 基于变换的非匹配不确定性的滑动模态控制器数值仿真第60-65页
        3.4.1 防屈曲支撑试件的实时混合试验仿真第61-64页
        3.4.2 控制器参数影响第64-65页
    3.5 基于非匹配不确定性的滑动模态控制器设计第65-72页
        3.5.1 基于非匹配不确定性的滑移面上运动特性第65-70页
        3.5.2 基于非匹配不确定性的控制律设计第70-72页
    3.6 基于非匹配不确定性滑动模态控制器数值仿真第72-74页
        3.6.1 弹簧试件的数值仿真第72-73页
        3.6.2 双线性试件的数值仿真第73-74页
    3.7 本章小结第74-76页
第4章 基于自适应时滞补偿的等效力控制方法第76-97页
    4.1 引言第76-77页
    4.2 基于自适应多项式前向预测算法的等效控制方法第77-82页
    4.3 数值仿真分析第82-86页
        4.3.1 线性弹簧试件第82-83页
        4.3.2 自适应补偿参数分析第83-85页
        4.3.3 非线性弹簧试件第85-86页
    4.4 试验验证第86-95页
        4.4.1 弹性试件试验第86-92页
        4.4.2 磁流变阻尼器试验第92-95页
    4.5 本章小结第95-97页
第5章 基于显式积分算法的等效力控制方法第97-121页
    5.1 引言第97-98页
    5.2 基于显式 Newmark 法的等效力控制方法第98-111页
        5.2.1 基于显式 Newmark 法的等效力控制方法原理第98-100页
        5.2.2 基于显式 Newmark 法的等效力控制方法的数值稳定性第100-102页
        5.2.3 等效力控制器设计第102-104页
        5.2.4 数值仿真分析第104-106页
        5.2.5 试验验证第106-111页
    5.3 基于 LSRT 方法的等效力控制方法第111-117页
        5.3.1 基于 LSRT 方法的等效力控制方法原理第111-114页
        5.3.2 等效力控制器设计第114-115页
        5.3.3 数值仿真分析第115-117页
    5.4 基于复合滤波器的速度计算第117-120页
        5.4.1 复合滤波器原理第117-118页
        5.4.2 实验验证第118-120页
    5.5 本章小结第120-121页
第6章 动力子结构试验的加速度控制第121-145页
    6.1 引言第121-122页
    6.2 动力子结构试验原理第122-123页
        6.2.1 动力子结构试验原理第122页
        6.2.2 振动台混合试验原理第122-123页
    6.3 动力子结构试验加速度振荡及其控制第123-130页
        6.3.1 加速度振荡机理第124-126页
        6.3.2 复合滤波方法及算例第126-129页
        6.3.3 动力子结构试件数值仿真第129-130页
    6.4 振动台的压差反馈控制第130-135页
        6.4.1 物理试验系统模型第130-132页
        6.4.2 压差反馈原理第132-133页
        6.4.3 压差反馈试验验证第133-135页
    6.5 纯惯性试件和 CTLD 试件的振动台混合试验第135-144页
        6.5.1 剪切力测量装置第135-137页
        6.5.2 纯惯性试件的振动台混合试验第137-138页
        6.5.3 CTLD 控制的振动台混合试验数值仿真第138-142页
        6.5.4 CTLD 控制的振动台混合试验第142-144页
    6.6 本章小结第144-145页
结论与展望第145-147页
附录A 刚度突变的稳定性第147-150页
参考文献第150-162页
攻读学位期间发表的学术论文第162-164页
致谢第164-165页
个人简历第165页
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