基于广义预测控制的智能岩石试验机研究

发布时间：2021-07-07 14:57

　　岩石强度实验控制过程复杂,试验机PID参数调节费时费力,为此提出一种智能控制策略,将广义预测控制（GPC）应用到岩石压力试验机中。GPC使用遗忘因子最小二乘法对被控对象在线辨识,自适应不同种类岩石、不同加载阶段和不同实验环境的变化,通过模型多步预测和二次型性能指标滚动优化规避PID参数复杂的调节过程。实验证明,GPC控制试验机恒速率加载时,系统输出响应迅速,跟随性好,无稳态误差,使用GPC控制策略的智能岩石试验机可以满足岩石变形实验的加载需求,具有良好的工程推广价值。 

【文章来源】：液压与气动. 2020,(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

岩石试验机控制系统框图

图2为岩样加载初始状态图,变形传感器为LVDT差动位移传感器,作动器在试验机最底部,加载时带动底部垫块、岩样和球头向上移动,球头与上压头接触,最终使岩样产生变形。岩样加载过程存在多个非线性环节,一方面是由于试验机本身造成的,如由电液伺服阀和系统摩擦产生的非线性环节[9-10],作动器与压头刚接触时的受力状态变化等;另一方面是由于岩样本身性质造成的,同种岩石从施加应力到破坏完毕大多会呈现出弹性阶段、塑性阶段、脆性阶段以及峰后阶段等多种性质变化[11],存在严重的时变特性,不仅如此,不同岩石加载过程中所呈现的力学性质也存在巨大差异,且实验过程常要求岩石恒速率变形,对控制精度要求极高,这都为试验机控制算法带来了巨大的挑战。1 岩石试验机变形控制模型辨识

空载试验下,辨识均方误差随阶次变化如图3所示;垫块试验下,辨识均方误差随阶次变化如图4所示。从空载实验和垫块加载实验的辨识结果来看,系统取4阶和5阶时均方误差较小,总是小于取更低阶次时的误差,加载试验系统取5阶时误差比4阶时更大。空载实验的辨识误差和检验误差都小于垫块加载实验的辨识误差,系统取4阶时,垫块加载实验检验误差约是空载实验的15倍,说明垫块加载的过程相对复杂,开环加载实验使用的是质地均匀的实心铁块,非均质岩石加载过程模型会更加复杂,非线性和时变特征更强。最终,取均方差较小的阶次,认为岩石验机变形控制系统为4阶系统。

【参考文献】：
期刊论文
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[9]基于递推最小二乘法的永磁伺服系统参数辨识[J]. 荀倩,王培良,李祖欣,蔡志端,秦海鸿.  电工技术学报. 2016(17)
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本文编号：3269842