液压振动台控制策略的研究

　　0 引言

　　液压振动台具有大位移、大推力和超低频响等优点，可以广泛用于交通工具的运输环境模拟试验，建筑物的地震模拟试验和大型结构件的环境模拟试验等场合。电液振动台的主要工作原理是采用可控制的电液伺服阀，通过调节液压油的压力使传动装置产生振动。输入的电控信号经放大器进入伺服阀，伺服阀把与输入信号成比例的液压油输入液压缸，以驱动活塞并带动台面运动。这种振动台能产生很大的推力和速度，并且在低频的时候也可以提供较大的激振力［1］。

　　液压振动台为典型的电液位移伺服系统，当采用位移控制方式时，在高频运行状态时，系统的位移量很小，当存在控制系统噪声的情况下，会导致位移控制闭环的控制精度大大降低。杭州亿恒公司为厦门大学土木工程系构建的用于地震模拟的水平向单自由度液压振动台，如图 1 所示，使用了三参量伺服控制和闭环实时迭代振动控制结合的控制策略，获得了较好的控制性能。控制器示意图如图 2 所示，振动台主要技术指标如表 1 所示。

　　三参量控制可以有效克服位移伺服系统的缺点，通过对控制系统极点的配置，改善了系统的频率使用范围和系统阻尼，同时还能保持系统稳定性。为了能实现较好的控制效果，三参量控制的结构和参数设计是非常重要的［2］。

　　尽管三参量控制技术在一定程度上提高了地震波波形再现精度，但系统传递函数的复杂性使得输入、输出波形的相关性仍然不高［3］。迭代控制算法可以不改变系统传递函数而改变输入信号来实现提高波形再现精度。目前普遍使用的迭代控制算法，仅仅是在识别系统传递函数过程中使用了迭代算法，进入到正式试验后，实质上为开环控制，系统传递函数发生变化的时候驱动信号不能做出相应的响应，从而影响系统的控制精度。厦大液压振动台利用杭州亿恒公司全数字式振动控制器，实现了闭环实时迭代，在每一次迭代过程中，都能够实时地更新系统传递函数，达到较好的地震波波形再现精度。

　　1 三参量伺服控制

　　1. 1 液压振动台系统数学模型

　　根据液压控制理论［4］，不考虑伺服阀动态特性，液压系统开环传递函数为

　　其中:ωh为液压系统固有频率;

　　ζh为液压系统阻尼比。

　　根据表 2 中振动台液压系统参数，可计算出

　　即便是对于厦门大学小型液压振动台，还是可以看出存在阻尼不足的情况。而对于中大型液压振动台而言，随着台面质量，激振器工作面积和油腔体积的增加，液压系统固有频率和液压系统阻尼比偏小的问题将更为突出。三参量控制可以调节系统的频率使用范围和阻尼。下面将对三参量控制的结构和参数设计进行说明。