液壓驅(qū)動(dòng)六自由度振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)控制策略研究.pdf

1、本文以哈工大電液伺服仿真及試驗(yàn)系統(tǒng)研究所承接的國(guó)防863項(xiàng)目“三向六自由度液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)”為背景，對(duì)六自由度液壓振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的控制策略進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　六自由度振動(dòng)臺(tái)控制系統(tǒng)由伺服控制系統(tǒng)和振動(dòng)控制系統(tǒng)兩部分組成。伺服控制系統(tǒng)的主要作用是將自由度驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為各單系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)臺(tái)的自由度控制。僅采用伺服控制方法可以控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，但此時(shí)系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)與輸入的期望信號(hào)相比會(huì)有很大偏差。因此在伺服控制系

2、統(tǒng)的外環(huán)加入振動(dòng)控制系統(tǒng)，對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行迭代補(bǔ)償，使得系統(tǒng)的響應(yīng)信號(hào)能夠高精度地復(fù)現(xiàn)期望信號(hào)。
　　振動(dòng)臺(tái)伺服控制系統(tǒng)主要由自由度合成及分解控制器、三狀態(tài)控制器和壓力鎮(zhèn)定控制器三個(gè)部分組成。本文首先簡(jiǎn)述傳統(tǒng)的六自由度控制策略，然后提出在原有六自由度控制回路中增設(shè)兩個(gè)扭曲自由度的控制回路，采用所謂“八自由度控制策略”控制平臺(tái)運(yùn)動(dòng)。采用六自由度控制策略時(shí)，驅(qū)動(dòng)量的解不唯一，而且各激振器間內(nèi)力受負(fù)載和油溫等因素影響變化較大。采用八自由度

3、控制方式時(shí)，驅(qū)動(dòng)量的解唯一，各激振器間的內(nèi)力變換較小，有利于提高系統(tǒng)的控制精度。接著對(duì)傳統(tǒng)壓力鎮(zhèn)定控制器進(jìn)行改進(jìn)，將控制器的可調(diào)參數(shù)縮減為兩個(gè)，且參數(shù)間相互獨(dú)立，簡(jiǎn)化了調(diào)節(jié)過(guò)程。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了八自由度控制策略及改進(jìn)后壓力鎮(zhèn)定控制器的有效性。
　　在振動(dòng)臺(tái)傳統(tǒng)伺服控制系統(tǒng)中，自由度合成及分解矩陣都是基于零位線性化的假設(shè)得出的，而且在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中矩陣元素值始終不變，控制算法不完善。本文對(duì)六自由度振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，給出基于運(yùn)動(dòng)

4、學(xué)分析的振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)位姿控制結(jié)構(gòu)，采用正解算法及雅可比陣分別代替?zhèn)鹘y(tǒng)伺服控制系統(tǒng)中的自由度合成和分解矩陣。仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究表明，與傳統(tǒng)矩陣控制方法相比，采用基于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的位姿控制策略能夠有效改善振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)低頻段的加速度均勻度，減小加速度橫向分量。
　　多自由度波形復(fù)現(xiàn)傳統(tǒng)振動(dòng)控制算法中大多采用H1法進(jìn)行頻響函數(shù)估計(jì)，而H1法假設(shè)系統(tǒng)輸入端不存在噪聲，其估計(jì)值為系統(tǒng)真實(shí)頻響函數(shù)的欠估計(jì)。本文提出基于EV模型進(jìn)行頻響函數(shù)估計(jì)。在輸入

5、端和輸出端均存在噪聲的前提下，給出了基于EV模型的系統(tǒng)頻響函數(shù)估計(jì)法。并根據(jù)多自由度波形復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)頻響函數(shù)估計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)化。仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究表明，在波形復(fù)現(xiàn)控制系統(tǒng)中應(yīng)用基于EV模型的頻響函數(shù)估計(jì)法可明顯提高試驗(yàn)的控制精度。
　　為進(jìn)一步提高隨機(jī)振動(dòng)功率譜(PSD,powerspectraldensity)復(fù)現(xiàn)的精度，在驅(qū)動(dòng)譜迭代和驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成兩個(gè)方面對(duì)傳統(tǒng)功率譜迭代算法進(jìn)行了改進(jìn)。首先，提出將驅(qū)動(dòng)譜迭代公式中的修正系