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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