大型多冗余驱动液压振动台模态空间解耦控制研究

大型多冗余驱动液压振动台作为重要的试验设备能够对高层建筑、大型桥梁等设施进行抗震性能试验。作为被试件的建筑物模型对振动台具有很大反作用，同时由于多冗余驱动的存在，各个驱动系统之间会产生很强内力耦合，这种耦合与台体的柔性相互作用进一步恶化振动台的振动信号的复现效果。为了降低振动台的这两类耦合，本项目拟对这两类的耦合机理进行研究，从机构结构角度研究振动台的解耦条件和耦合特性。对于结构上无法实现的耦合问题，拟采用模态空间解耦控制方法，将冗余振动台这样的高阶多入多出强耦合系统的控制问题转化为一组低阶解耦系统的控制问题。对模态解耦后所得到非零特征值模态采用三状态控制方法提高其模态频宽，增加模态刚度，降低被试件对台体的耦合作用。通过对零特征值模态的控制，协调冗余驱动系统之间的内力，对平台的变形进行抑制。研究成果可直接应用于大型多冗余振动台的研制中，为我国大型多冗余振动台的工程应用提供技术保障。

本基金以大型多冗余驱动液压振动台这个典型应用作为项目背景，以冗余驱动并联机构为主要研究对象，对其模态空间解耦控制展开研究。研究内容包含多体系统模型建立、解耦点研究、控制方法，特别是模态空间控制方法是研究的核心。根据模态分解时特征值是否为零，将模态系统分成非零特征值模态和零特征值模态，并分别进行了特性分析与控制方法研究。对于非零特征值模态，给出了大范围运动空间上比例阻尼系统的惯性参数辨识和模态控制方法。对于零特征值模态，利用其对上平台运动过程中所表现出的柔性进行了振动抑制。 本基金研究结果对冗余驱动并联机构在大型冗余振动台上的应用奠定理论和实践基础。