本文關(guān)鍵詞：三維六自由度地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)控制技術(shù)研究與應(yīng)用

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【摘要】：近年來,隨著大地震暴露出的新抗震問題,對地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)提出了新的要求,地震模擬振動(dòng)臺(tái)控制技術(shù)研究也成為了熱點(diǎn)問題。在臺(tái)面控制技術(shù)、虛擬地震模擬振動(dòng)臺(tái)、非線性高級(jí)控制算法、臺(tái)陣系統(tǒng)控制算法等方面的研究具有很高的理論應(yīng)用價(jià)值,可為抗震理論提供重要的試驗(yàn)技術(shù)支撐。本文以西安建筑科技大學(xué)三維六自由度地震模擬振動(dòng)臺(tái)為對象,在地震模擬振動(dòng)臺(tái)基本控制理論、地震模擬振動(dòng)臺(tái)基準(zhǔn)性能、虛擬地震模擬振動(dòng)及地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用等方面進(jìn)行了深入的研究,本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)在已有控制理論的基礎(chǔ)上,對地震模擬振動(dòng)臺(tái)電液伺服控制系統(tǒng)的作動(dòng)器、蓄能器、三級(jí)伺服閥的工作原理進(jìn)行了深入的理論研究;分析了地震模擬振動(dòng)臺(tái)的運(yùn)動(dòng)控制理論,包括系統(tǒng)閉環(huán)控制和三參量(TVC)控制的工作原理,可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本控制;分析了地震模擬振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面控制原理,包括了臺(tái)面運(yùn)行形式和自由度控制,可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好工作狀態(tài);分析了APC、AHC、AIC、OLI等自適應(yīng)控制技術(shù)的基本原理,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的精度控制;對幾何交叉耦合補(bǔ)償、傾覆力矩補(bǔ)償、偏心負(fù)載補(bǔ)償、力平衡補(bǔ)償、壓差穩(wěn)定補(bǔ)償?shù)忍厥饪刂蒲a(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了理論研究,分析了補(bǔ)償功能原理,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重現(xiàn)精度。(2)提出了地震模擬振動(dòng)臺(tái)基準(zhǔn)性能測試方法,建立了靜態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能測試指標(biāo)體系;基于地震模擬振動(dòng)臺(tái)靜態(tài)性能,測試了位移精度、旋轉(zhuǎn)角、加速度信噪比等性能指標(biāo),分析了各項(xiàng)測試數(shù)據(jù),均以達(dá)到設(shè)計(jì)要求;基于地震模擬振動(dòng)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能,測試了在空載、20t、30t載荷三種情況下的X向、Y向、Z向的最大位移、最大速度、最大加速度,得出了地震模擬振動(dòng)臺(tái)最大功能曲線和最優(yōu)性能;測試了地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的加速度不均勻度和傾覆力矩(80 t·m),測試數(shù)據(jù)均表明控制系統(tǒng)反饋精度高,性能優(yōu)良,達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(3)對地震模擬振動(dòng)臺(tái)的動(dòng)力基礎(chǔ)、臺(tái)面及支撐系統(tǒng)、激振器系統(tǒng)、液壓源系統(tǒng)、數(shù)字控制系統(tǒng)等進(jìn)行全面系統(tǒng)的介紹,為今后地震模擬振動(dòng)臺(tái)的建設(shè)提供參考依據(jù);采用Matlab-Simulink構(gòu)建了三維六自由度虛擬地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)模型,得出了虛擬地震模擬振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)幅頻響應(yīng)和運(yùn)動(dòng)姿態(tài),結(jié)果顯示與真實(shí)振動(dòng)臺(tái)具有相同的性態(tài),能夠精確模擬出系統(tǒng)存在的油柱共振等非線性動(dòng)力特性,具備離線參數(shù)調(diào)試等功能。(4)開展了5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),進(jìn)行了靜態(tài)支撐,三參量(TVC)、自適應(yīng)逆控制(AIC)等參數(shù)研究,達(dá)到模型抗震試驗(yàn)要求;得出了5層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)模型的動(dòng)力特性和關(guān)鍵部位加速度、位移響應(yīng),分析了不同工況下的動(dòng)力反應(yīng)規(guī)律,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)模型的抗震性能。(5)開展了GIS電氣設(shè)備地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),設(shè)計(jì)合成了電氣設(shè)備用人工地震動(dòng);進(jìn)行了三參量(TVC)、自適應(yīng)控制(AIC、OLI)等系統(tǒng)參數(shù)研究,達(dá)到抗震試驗(yàn)的控制精度要求;得出了GIS電氣設(shè)備的動(dòng)力特性和關(guān)鍵部位加速度、位移、應(yīng)變動(dòng)力響應(yīng),為GIS電氣設(shè)備的抗震性能試驗(yàn)提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P315.8

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