冗余驱动电液振动台建模仿真与模态解耦控制策略研究

摘要

振动环境模拟实验是现代工程技术中一种基本的实验手段，利用模拟平台及控制策略模拟试件在使用或运输过程中受到的振动环境来检验产品性能，为试件性能测试和技术改进提供重要的实验依据。两轴冗余驱动电液振动台采用冗余驱动方式，可以提供较大的驱动力，提高系统的加速度均匀度，而且可以使被试件受力更加均匀。
　　本文采用机电液联合仿真的方法对冗余驱动电液振动台进行建模仿真。采用AMESim对液压系统进行建模，运用Simulink/SimMechanics对振动台机构动力学部分建模，采用Matlab/Simulink建立振动台伺服控制系统，冗余振动台伺服控制器包括三状态控制、自由度控制及冗余力控制等。然后通过各软件之间的接口将振动台机械、液压、控制三部分模型整合，在Simulink中建立一体化联合仿真模型。
　　针对冗余振动台两自由度试验频率特性曲线中出现波峰波谷现象，考虑振动台负载与基础弹性，对振动台动力学模型进行修正，推导动力机构位移输入与加速度输出之间的传递函数，运用最小二乘参数辨识的方法得到弹性参数，通过试验与仿真分析得出了弹性不是实际平台运动出现谐振峰/谷的主要原因。
　　将液压缸视为液压弹簧，推导冗余振动台的自由振动模态方程，通过模态矩阵及其逆矩阵，将冗余振动台由自由度空间转到无耦合的模态空间进行控制，提出模态空间解耦补偿控制器。通过仿真与试验分析说明模态空间解耦补偿控制能够有效降低冗余振动台自由度间的耦合。
　　最后，通过仿真模型与试验结果的对比验证了所建冗余振动台一体化模型的正确性。在此基础上，对模态空间解耦控制策略通过机电液一体化模型和试验进行比较，证明运用模态解耦控制策略能够有效的降低冗余振动台自由度间的耦合，提高冗余振动台系统性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 振动环境模拟技术概述

1．3 振动台国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本文的主要研究内容

第二章 两自由度冗余驱动电液振动台机电液建模与仿真

2．1 冗余振动台伺服系统概述

2．1．1 两自由度冗余驱动电液振动台

2．1．2 两自由度冗余驱动电液振动台伺服控制系统原理

2．2 两自由度并联机构及其建模

2．2．1 并联机构介绍

2．2．2 基于SimMechanics的并联机构机械系统建模

2．3 液压系统建模

2．3．1 对称阀控液压伺服系统

2．3．2 液压动力机构基本方程

2．3．3 基于AMESim的液压系统建模

2．4 机电液一体化联合仿真及接口概述

2．4．1 一体化联合仿真模型

2．4．2 一体化仿真接口设置

2．5 联合仿真结果分析

2．6 弹性基础仿真分析

2．6．1 考虑基础弹性系统建模

2．6．2 弹性参数辨识

2．6．3 仿真结果分析

2．7 本章小结

第三章 两自由度冗余驱动电液振动台模态解耦控制器设计

3．1 模态分析方法简介

3．2 冗余振动台耦合特性分析

3．2．1 内力耦合

3．2．2 动力学耦合

3．3 模态空间解耦控制

3．3．1 模态解耦控制理论

3．3．2 冗余振动台解耦控制器设计

3．4 模态解耦控制仿真分析

3．5 本草小结

第四章 两自由度冗余振动台仿真与试验分析

4．1 两自由度冗余驱动电液振动台试验系统简介

4．2 联合仿真与实际平台运动试验验证

4．2．1 阶跃响应与正弦测试

4．2．2 模态解耦控制策略验证

4．3 本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢