垂直振动与力加载耦合并联驱动电液系统设计与研究

摘要

大型耦合并联驱动电液系统主要应用于振动与力加载环境模拟，考核被测对象在振动或加载激励下保持原有性能的能力，对大型工程中核心部件综合性能的提高具有重要意义。因此，本文在国家自然科学基金面上项目“基于振动与加载多元耦合的超冗余驱动电液系统协调控制研究（项目编号：51575511）”及江苏省自然科学基金项目“大型结构振动疲劳试验台的混合控制策略研究”（项目编号：BK2012132）支持下，开展垂直振动与力加载耦合并联驱动电液系统的相关控制策略研究。
　　本研究主要内容包括：⑴在吸收国内外相关试验台搭建经验及建造方法的基础上，结合试验台的工况要求及相关性能参数指标，对垂直振动与力加载耦合并联驱动电液系统机械、液压及控制单元进行了详细设计，并采用ANSYS软件对龙门架、反力墙、承载平台及球铰等主要受力构件展开有限元分析，进而搭建了耦合并联驱动电液系统实验台。⑵考虑电液系统非线性特性，建立实验台液压动力执行机构非线性模型，采用自由度独立控制策略实现实验台多液压执行器间的基本独立控制，在此基础上进一步引入压力镇定及内力反馈控制器进行内力解耦控制，消除机械安装误差、电气装置零漂及伺服阀开口零偏等原因造成的内力耦合问题，实验验证了内力解耦策略的有效性。⑶为了提升耦合并联驱动电液振动系统的波形复现精度，在利用三状态控制策略实现加速度初步闭环控制的基础上，结合系统辨识算法辨识出各自由度加速度参数化模型，进一步运用零幅值跟踪技术设计出各自由度稳定逆模型，进而形成实验台振动系统前馈逆模型控制策略，并在搭建的实验台上验证了相关控制策略的有效性。⑷为了消除耦合并联驱动电液系统振动作用对垂直力加载控制精度的不利影响，利用前馈速度补偿策略对垂直力加载过程中存在的振动扰动进行初步抑制，在此基础上进一步研究基于逆模型的干扰观测器构造方法，形成干扰观测器与前馈速度补偿控制相结合的耦合并联驱动电液系统力加载复合控制策略，进而通过实验验证设计控制策略的有效性。

目录

声明

致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究背景及意义(Background and Significance of the Project)

1.2 国内外多轴振动台研究现状(Domestic and Foreign Research Status of Multi-axis Vibration Table)

1.3 国内外力加载系统研究现状(Domestic and Foreign Research Status of Force Loading System)

1.4国内外振动与力加载耦合系统研究现状(Domestic and Foreign Research Status of Vibration and Force Loading System)

1.5 电液伺服系统控制策略研究现状(Research Status of Electro -hydraulic Servo System Control Strategy)

1.6本文主要研究内容及技术路线(Mainly Research and Technical Route Contents of this Thesis)

1.7本章小结(Summary)

2垂直振动与力加载耦合并联驱动电液系统设计

2.1 耦合并联驱动电液系统总体方案(Overall Plan of Electro-hydraulic System by Coupled Parallel Driven)

2.2 耦合并联驱动电液系统执行模块设计(Design of Execution Module for Electro-hydraulic System by Coupled Parallel Driven)

2.3 耦合并联驱动电液系统液压模块设计(Design of Hydraulic Module for Electro-hydraulic System by Coupled Parallel Driven)

2.4 耦合并联驱动电液系统控制模块设计(Design of Control Module for Electro-hydraulic System by Coupled Parallel Driven)

2.5 耦合并联驱动电液系统试验台搭建(Test rig setup for Electro-hydraulic System by Coupled Parallel Driven)

2.6本章小结(Summary)

3 垂直振动与力加载耦合并联驱动电液振动系统内力解耦研究

3.1振动液压动力执行机构建模(Modeling of Vibration Hydraulic Power Actuator)

3.2自由度独立控制基本策略(Basic Strategy of Freedom Degree Independent Control)

3.3振动系统内力解耦控制策略(Internal Force Decoupling Control Strategy of Vibration System)

3.4 内力解耦控制策略实验验证(Experimental Verification of Internal Force Decoupling Control Strategy)

3.5本章小结(Summary)

4 垂直振动与力加载并联驱动电液系统振动控制策略研究

4.1 三状态控制策略研究(Research on Three Variable Control Strategy)

4.2前馈逆模型补偿控制器研究(Research on Feedforward Inverse Model Compensation Controller)

4.3振动控制策略实验验证 (Experimental Verification of Vibration Control Strategy)

4.4本章小结(Summary)

5 垂直振动与力加载耦合并联驱动电液系统力控制策略研究

5.1 力加载系统液压动力执行机构建模(Modeling of Hydraulic Actuator of Force Loading System)

5.2 前馈速度补偿控制策略(Feedforward speed compensation control strategy)

5.3 带干扰观测器的前馈速度补偿控制策略(Control Strategy of Feedforward Speed Compensation with Interference Observer)

5.4 力加载相关控制策略复合环境下实验验证 (Experimental Verification of Force Loading Strategy)

5.5本章小结(Summary)

6结论与展望

6.1结论(Conclusions)

6.2展望(Prospection)

参考文献

作者简历

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