基于Simulink数字化地震模拟振动台仿真方法研究.pptxVIP

作者：刘璇 导师：李睿; 以西安建筑科技大学的三轴六自由度地震模拟振动台为基础，基于Matlab/Simulink对地震模拟振动台进行仿真研究，为数化地震模拟振动台奠定理论基础。 本文主要从液压系统和控制系统两个方面对地震模拟振动台进行了研究，对振动台的实际运作方式和信号传递进行分析，并根据真实的试验数据对相关参数进行了拟合和分析，建立了符合实际的振动台仿真模型。 文中首先基于自由度控制对振动台进行运动分析，采用RPY变换和零位线性化的方法对振动台运动学进行正反解分析，确定了自由度与振动台实际输出信号的关系，完成了自由度的合成和分解过程。 其次，通过对振动台机械原理的研究和液压系统内信号传递过程的研究，建立了振动台液压系统的数学模型。另外，为了更好地模拟振动台的运行，对振动台的作动器进行数学建模，并通过试验数据拟合了作动器各部分的参数。; 然后，基于振动台控制系统，对三参量伺服控制进行研究，给出了各个参量的基本计算公式，并从可控性和稳定性进行判别，论证了三参量控制的必要性，并对三参量控制的性能指标进行了考察。 最后，利用Matlab/Simulink中的SimMechanics对振动台进行了多体机械模型的建模，实现了振动台控制系统、机械系统和运动方式的综合分析，并考察了振动台仿真模型的可控参数，从 侧面验证了系统的可靠性。;1.1 课题的目的及研究意义 在众多灾害中，地震危害最大由此对地震研究是必不可少的也是需要深入不断研究，从而地震模拟振动台被广泛应用，但由于其一些缺点造成对地震研究限制。由此推动了对虚拟地震模拟振动台的研究。 本课题的研究目的旨在通过系统深入的研究，建立地震模拟振动台的仿真模型，动态仿真振动台的运动特性，解决虚拟振动试验的激励问题。 虚拟地震模拟振动台作为地震模拟振动台的一种仿真手段，能避免使用振动台时的各种弊端，将振动台的优势最大限度的发挥出来，是研究振动台试验的一种趋势。另外它也可以为各种仿真试验提供激励，对于各种动力试验的模拟也具有一定的指导意义。 ; 1.2 地震模拟振动台的国内外发展状况和研究现状 师姐在此节中主要介绍了实体电液振动台的研究现状以及数字化地震模拟振动台的研究现状，都是文字东西在此不多细说。 1.3 地震模拟振动台组成及工作原理 传统的电液伺服地震模拟振动台系统主要由四大部分组成，分别为台面及支撑系统、激振器系统、液压源系统、控制系统。 1.台面及支撑系统主要用于支撑试件，防止试件过重对振动台的损伤； 2.激振器系统是将油液的压力转换成机械能给振动台以巨大推力的装置; 3.液压源系统是将电动机所输出的机械能转换为压力能的能量转换装置，主要用于供给各级伺服阀和活塞油缸油液流量和压力; 4.控制系统其主要作用是将台面的6个自由度的驱动信号转化为8个液压缸的驱动信号, 通过对实时反馈信号与驱动信号的误差值的校正，实现振动台所需运动的精确复现;; 地震模拟振动台的工作原理总结如下： 首先，振动台接收输入波形即地震波信号(或正弦波信号)，将输入的信号经函数发生器，变为位移、速度、加速度三种信号。然后，将输入信号与台面加速度传感器和位移传感器反馈的位移和加速度信号进行比对，产生伺服控制器控制信号，经阀控制器驱动电液伺服阀，在液压源高压液流的推动下，推动活塞运动，从而带动振动台台面运动。 1.4 课题主要研究内容 （1）运动学建模与分析：根据地震模拟振动台八个液压作动器的分布与台体运动自由度的几何和数学关系，借助机械手臂的运动学分析理论，建立精确的运动学反解分析和符合地震模拟振动台实际需求的正解分析，全面阐述了已知位姿与各作动器缸伸长量之间的关系。 （2）液压系统建模与分析：详细研究了振动台液压部分的工作原理，根; 据工作原理细化了信号在液压系统中的变化，从而得出详细的地震模拟振动台液压系统的仿真模型，并根据已有数据拟合阻尼、刚度等未知参数，以便更加贴近实际振动台响应。 （3）控制系统策略研究与分析：研究了地震模拟振动台的基本控制系统，在此基础上选择三参量控制作为系统的主要控制算法，然后利用极点配置原理建立振动台系统的三状态控制器，最后通过控制系统的各种稳定性指标验证控制系统的可靠性。 （4）振动台整体仿真模型的建立：根据已有的液压系统模型和控制系统模型，在Matlab/Simulink中建立整体模型，并利用SimMechanic建立基于实物的机械模型，从而更加全面的实现数字化的仿真过程。; 振动台根据信号的传递和设备的运行情况分为机械部分和控制部分两大系统，分别称为振动台的液压系统和振动台控制系统。其中对于振动台的液压系统，它主要用于将液压系统接收的位移电信号经过