冗余振动台内力耦合机理及控制方法研究

发布时间：2017-04-03 03:10

  本文关键词：冗余振动台内力耦合机理及控制方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本课题是哈工大电液伺服仿真及试验系统研究所申请的国家自然科学基金关于超冗余长行程并联驱动地震模拟台内力耦合机理及其抑制方法研究的子课题振动台是高层建筑原子能反应堆海洋结构工程桥梁工程等重要设 施的抗震性能试验的重要设备而我国自行建造的大型液压振动台较少，对于具有多冗余度的大型振动台来说，国内还是个空白冗余驱动液压振动台关键问题在于解决激振器之间的内力，激振器之间如果存在很大内力，会减小静输出力，严重时导致系统无法正常工作，甚至破坏振动台本身结构实际应用上，通常采用压力镇定的控制方法解决内力耦合问题，但随着冗余度越来越高，所需要调节的参数也越来越多，且内力之间相互耦合，使控制过程越来越复杂本文以16激振器冗余驱动液压振动台为研究对象，分析了内力产生的 本质原因，，通过对冗余驱动并联机构内力空间矩阵的分析，从理论上提出了基于内力空间分解矩阵的内力反馈控制方法首先对于含任意数量激振器的冗余驱动的系统，当给定振动台结构参数，利用激振器上下铰点坐标可以计算出雅克比矩阵的转置矩阵，通过求解关于驱动力的非齐次线性方程组得到内力空间矩阵然后利用内力空间矩阵的任意一组基底和采集的各激振器出力，推导出内力反馈控制向量，并建立了该振动台模型的状态空间方程，分析了反馈增益矩阵对振动台系统稳定性的影响，推导出关于内力反馈增益矩阵临界值的经验公式最后利用运动平台的动力学模型，建立了该振动台simulink仿真模型，对伺服阀的动态特性和静态特性不一致的两种情况进行了仿真分析，验证了基于内力空间分解矩阵的内力反馈控制方法的有效性
【关键词】：液压振动台 冗余驱动 雅克比矩阵 内力耦合 稳定性分析
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;TB534.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.2 冗余驱动液压振动台发展概况10-13
• 1.2.1 国内外发展概况10-13
• 1.2.2 冗余驱动液压振动台发展趋势13
• 1.3 冗余驱动振动台内力解耦13-16
• 1.3.1 传统压力镇定器原理14-15
• 1.3.2 八自由度控制策略15-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 冗余驱动振动台动力学模型18-27
• 2.1 冗余驱动液压振动台结构18-19
• 2.2 冗余驱动振动台位姿描述19-22
• 2.2.1 冗余驱动振动台坐标定义19
• 2.2.2 广义坐标及坐标变换矩阵19-22
• 2.2.3 角速度与欧拉角的关系22
• 2.3 冗余驱动振动台雅克比矩阵22-26
• 2.3.1 冗余驱动振动台雅克比矩阵22-24
• 2.3.2 冗余驱动振动台雅克比矩阵的转置24-25
• 2.3.3 冗余驱动振动台动力学方程25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 内力耦合机理与控制方法分析27-39
• 3.1 引言27-29
• 3.1.1 内力成因与内力空间27-29
• 3.2 基于内力空间分解矩阵的内力反馈控制器29-33
• 3.2.1 内力空间的反馈增益矩阵29-31
• 3.2.2 内力空间分解矩阵31-32
• 3.2.3 基于内力空间分解矩阵的内力反馈控制器32-33
• 3.3 与传统的内力反馈控制方法对比33-37
• 3.3.1 传统的压力镇定控制器33-35
• 3.3.2 与传统压力镇定器对比35-37
• 3.3.3 与八自由度控制策略对比37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4章 内力反馈控制器对系统稳定性影响分析39-53
• 4.1 系统模型状态空间39-47
• 4.1.1 阀控液压缸动力机构基本方程40-41
• 4.1.2 阀控液压缸位置伺服系统状态方程41-42
• 4.1.3 冗余驱动液压振动台状态方程42-46
• 4.1.4 加入内力反馈控制器系统状态方程46-47
• 4.2 稳定性分析47-48
• 4.2.1 平衡状态47-48
• 4.2.2 李雅普诺夫第一法48
• 4.3 模型仿真验证48-52
• 4.3.1 阀控液压缸系统48-49
• 4.3.2 冗余驱动液压振动台系统49-51
• 4.3.3 系统参数与内力反馈增益矩阵系数的关系51-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第5章 仿真分析53-64
• 5.1 冗余驱动液压振动台 Simulink 模型建立53-59
• 5.1.1 理想工况下控制结果分析54-56
• 5.1.2 非理想工况下控制结果分析56-59
• 5.2 验证内力空间不同基底的控制效果59-61
• 5.3 反馈控制器增益矩阵对系统稳定性的影响61-63
• 5.3.1 反馈控制器增益增大61-62
• 5.3.2 反馈控制器增益减小62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69-71
• 致谢71

【参考文献】

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本文编号：283617