一种液压振动系统的低频拓展控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种液压振动系统的低频拓展控制方法，包括：建立负载特性方程；将建立的负载特性方程进行拉普拉斯变换得到开环传递函数；根据开环传递函数画出初始频响特性曲线；画出液压振动系统在输出反馈下的根轨迹，在根轨迹图上确定稳定范围、阻尼比变化情况和临界稳定时的反馈增益值；分析输出反馈和状态反馈的情况下固有频率变化；根据状态反馈后的固有频率的变化情况确定状态反馈变量；根据液压振动系统在输出反馈和状态反馈下的等效传递函数，确定前馈控制的阶数和控制系数；对所述液压振动系统进行频响函数的校正计算，根据校正计算结果对输入信号进行修正。本发明专利技术能够将液压振动系统的使用频宽拓展的更宽，低频性能更好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于力学环境振动试验领域，尤其涉及一种液压振动系统的低频扩展控制方法。
技术介绍
振动试验装备主要包括振动台和振动控制系统两个方面。振动台是振动环境模拟的物理基础和实现载体。控制系统是对振动台的运动进行控制的运算程序。力学环境试验中包含各种类型的环境模拟，如低频振动、高频振动、大推力大位移振动等。其中低频振动和大位移振动试验通常需要采用液压振动试验装备。由于液压振动台具有输出位移大，功率大和低频性能好等优点，在汽车、重载设备和大型结构的振动试验中具有不可替代的地位，由于液压振动试验系统的固有频率低，振动试验的起点频率可以达到0.5HZ以下，因此液压振动系统常用在道路谱的模拟，地震波谱的模拟等低频振动的领域中，同时由于液压振动系统的执行机构采用的是伺服油缸，其振动最大位移可达30cm以上，这也是其他类型的振动试验装备所无法达到的，然而液压振动系统由于阻尼比小，稳定裕量低，在超出其固有频率时性能较差，导致振动试验频带太窄。液压振动台是在电液伺服技术的推动下发展起来的，伺服控制技术可以实现液压振动台的基本运动控制，并且保证液压振动台具有足够的稳定性和频宽。使用液压振动台可以模拟正弦、随机、正弦加随机等多种振动环境，但是液压振动台的频宽低，当负载特性发生变化或者振动环境模拟所要求的精度和频宽超出其工作能力时会导致振动台面不按照期望的运动规律进行运动，因此就需要相应的控制技术对振动台的低频性能进行补偿控制。
技术实现思路
为了解决现有技术中液压振动台的低频性能差、试验频带窄的问题，本专利技术提出了一种液压振动系统的低频拓展控制方法，所述方法包括：步骤1：根据液压振动系统的技术参数分别对伺服阀、伺服油缸、振动台建立负载特性方程；步骤2：将建立的负载特性方程进行拉普拉斯变换得到频域内液压振动系统的开环传递函数；步骤3：根据液压振动系统的开环传递函数画出初始频响特性曲线，确定液压振动系统的初始固有频率，分析所述液压振动系统的初始低频特性；步骤4：画出液压振动系统在输出反馈下的根轨迹，在根轨迹图上确定液压振动系统的稳定范围、阻尼比变化情况和临界稳定时的反馈增益值；步骤5：分析输出反馈和状态反馈的情况下液压振动系统的固有频率变化；步骤6：根据状态反馈后的固有频率的变化情况确定状态反馈变量，并计算当状态反馈后的固有频率最大时状态反馈增益系数值；步骤7：根据液压振动系统在输出反馈和状态反馈下的等效传递函数，确定前馈控制的阶数和控制系数；步骤8：对所述液压振动系统进行频响函数的校正计算，根据校正计算结果对输入信号进行修正。优选地，所述技术参数包括以下一项或多项：供油压力、伺服阀流量、伺服阀阻尼比、伺服阀频宽、液压动力机构阻尼比、油液体积弹性模量、活塞作用面积、伺服油缸行程、液压系统开环增益。优选地，所述伺服阀的负载特性方程为：Qfuzai＝Ｑ0-KPPfuzai其中Ｑfuzai为负载流量；KP为单位负载压力变化所产生的负载流量增益；Pfuzai为伺服油缸负载压强，Q0为伺服阀空载流量；所述伺服油缸的负载特性方程为：Qfuzai=AdYdt+CxielouPfuzai+V4βdPfuzaidt]]>其中Ｑfuzai为负载流量，β为油液的弹性模量，A为活塞作用面积；Y为输出位移；Cxielou为伺服油缸泄漏系数；Pfuzai为伺服油缸负载压强；V为伺服油缸体积；t为时间；所述振动台的负载特性方程为：APfuzai=Md2Ydt2]]>A为活塞作用面积；Y为输出位移；Pfuzai为负载压强；M为振动台面及负载的质量。优选地，所述液压振动系统的开环传递函数：G(s)=Y(s)U(s)=Km(s2ω12+2ξ1ω1s+1)s(s2ω22+2ξ2ω2s+1)]]>其中：ω2=4βA2MV;ξ2=ω2M(KP+Cxielou)2A2]]>G(s)为输入电压到输出位移的开环传递函数；Y(s)为输出位移的拉氏变换；U(s)为输入电压的拉氏变换；ω1、ω2分别为伺服阀和液压作动机构的固有频率，ξ1为伺服阀的阻尼比；ξ2为液压作动机构的阻尼比，Km为开环系统的整体增益。优选地，所述步骤3进一步包括：根据步骤2的开环传递函数画出初始频响特性曲线，在初始频响特性曲线上确定峰值点或转折点所对应的频率值，以此确定所述液压振动系统的初始固有频率，并分析所述液压振动系统的初始低频特性。优选地，根据步骤2的开环传递函数画出初始频响特性曲线具体为：将所述液压振动系统的传递函数分解为一阶环节和二阶环节，分别画出一阶环节和二阶环节的频响特性曲线，将一阶环节和二阶环节的频响曲线叠加得到液压振动系统的初始频响特性曲线。优选地，所述输出反馈下的液压振动系统中的开环传递函数为：Gk(s)=KdfKm(s2ω12+2ξ1ω1s+1)s(s2ω22+2ξ2ω2s+1)=KdfG(s)]]>所述闭环特征方程的一般表达式为：KdffΠl=1n(s+pl)=-1]]>Km为开环系统的整体增益，Kdf为输出反馈增益值，f表示等效变换后的常数，pl表示系统的极点。优选地，根据所述闭环特征方程的一般表达式确定出特征方程的根随参数Kdf的变化情况，并画出液压振动系统的闭环根轨迹；在闭环根轨迹图上确定液压振动系统输出反馈的稳定范围、液压振动系统在输出反馈时阻尼比变化情况和和临界稳定时的反馈增益值，并分析液压振动系统的阻尼比变化情况对液压系统的振荡特性和过渡时间的影响。优选地，首先，根据液压振动系统输出反馈下的等效传递函数，画出输出反馈后的频响特性曲线，在输出反馈后的频响特性曲线上确定峰值点或转折点所对应的频率值，以此确定系统输出反馈后的固有频率，观察输出反馈后的固有频率的变化情况；其次，分析各个状态反馈变量反馈控制对液压振动系统固有频率的影响，即根据液压振动系统在各个状态反馈下的等效传递函数画出状态反馈后的频响特性曲线，在状态反馈后的频响特性曲线上确定峰值点或转折点所对应的频率值，以此确定液压振动系统状态反馈后的固有频率，观察状态反馈后的固有频率的变化情况。优选地，所述液压振动系统在输出反馈和状态反馈的情况下的等效传递函数为：Gd(s)=Km(s2ω12+2ξ1ω1s+1)(s2ω22+2ξ2ω2s+1)s+Km(Kdf+as+bs2+cs3).]]>本专利技术的一种用于拓展液压振动台试验频宽的控制方法，实现了液压振动台在低频性能的提升和频宽的拓展。本方法在传统输出反馈的基础上提出了输出反馈和状态反馈相结合的方法。针对液压振动台固有频率太低，使用频宽太窄的现状，针对整个液压振动系统的频响特性在频域内对其进行补偿修正。整个低频拓展的控制方法包括：两个闭环控制，其中内环控制采用输出反馈、状态反馈和前馈相结合的控制方式在一定程度上提高液压振动台的固有频率，外环控制在频域内实时辨识系统的频响函数，根据辨识的系统频响函数对系统输入进行补偿修正从而进一步拓展液压系统的振动试验频宽。与现有技术相比，本专利技术的优点如下；针对整个液压振动系统采用输出反馈、前馈和状态反馈相结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液压振动系统的低频拓展控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据液压振动系统的技术参数分别对伺服阀、伺服油缸、振动台建立负载特性方程；步骤2：将建立的负载特性方程进行拉普拉斯变换得到频域内液压振动系统的开环传递函数；步骤3：根据液压振动系统的开环传递函数画出初始频响特性曲线，确定液压振动系统的初始固有频率，分析所述液压振动系统的初始低频特性；步骤4：画出液压振动系统在输出反馈下的根轨迹，在根轨迹图上确定液压振动系统的稳定范围、阻尼比变化情况和临界稳定时的反馈增益值；步骤5：分析输出反馈和状态反馈的情况下液压振动系统的固有频率变化；步骤6：根据状态反馈后的固有频率的变化情况确定状态反馈变量，并计算当状态反馈后的固有频率最大时状态反馈增益系数值；步骤7：根据液压振动系统在输出反馈和状态反馈下的等效传递函数，确定前馈控制的阶数和控制系数；步骤8：对所述液压振动系统进行频响函数的校正计算，根据校正计算结果对输入信号进行修正。

【技术特征摘要】
1.一种液压振动系统的低频拓展控制方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：根据液压振动系统的技术参数分别对伺服阀、伺服油缸、振动台建立负载特性方程；步骤2：将建立的负载特性方程进行拉普拉斯变换得到频域内液压振动系统的开环传递函数；步骤3：根据液压振动系统的开环传递函数画出初始频响特性曲线，确定液压振动系统的初始固有频率，分析所述液压振动系统的初始低频特性；步骤4：画出液压振动系统在输出反馈下的根轨迹，在根轨迹图上确定液压振动系统的稳定范围、阻尼比变化情况和临界稳定时的反馈增益值；步骤5：分析输出反馈和状态反馈的情况下液压振动系统的固有频率变化；步骤6：根据状态反馈后的固有频率的变化情况确定状态反馈变量，并计算当状态反馈后的固有频率最大时状态反馈增益系数值；步骤7：根据液压振动系统在输出反馈和状态反馈下的等效传递函数，确定前馈控制的阶数和控制系数；步骤8：对所述液压振动系统进行频响函数的校正计算，根据校正计算结果对输入信号进行修正。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，所述技术参数包括以下一项或多项：供油压力、伺服阀流量、伺服阀阻尼比、伺服阀频宽、液压动力机构阻尼比、油液体积弹性模量、活塞作用面积、伺服油缸行程、液压系统开环增益。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述伺服阀的负载特性方程为：Qfuzai＝Q0-KPPfuzai其中Qfuzai为负载流量；KP为单位负载压力变化所产生的负载流量增益；Pfuzai为伺服油缸负载压强，Q0为伺服阀空载流量；所述伺服油缸的负载特性方程为：Qfuzai=AdYdt+CxielouPfuzai+V4βdPfuzaidt]]>其中Qfuzai为负载流量，β为油液的弹性模量，A为活塞作用面积；Y为输出位移；Cxielou为伺服油缸泄漏系数；Pfuzai为伺服油缸负载压强；V为伺服油缸体积；t为时间；所述振动台的负载特性方程为：APfuzai=Md2Ydt2]]>A为活塞作用面积；Y为输出位移；Pfuzai为负载压强；M为振动台面及负载的质量。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述液压振动系统的开环传递函数：G(s)=Y(s)U(s)=Km(s2ω12+2ξ1ω1s+1)s(s2ω22+2ξ2ω2s+1)]]>其中：ω2=4βA2MVξ2=ω2M(KP+Cxielou)2A2]]>G(s)为输入电压到输出位移的开环传递函数；Y(s)为输出位移的拉氏变换；U(s)为输入电压的拉氏变换；ω1、ω2分别为伺服阀和液压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈雪峰，冯文杰，张兴武，刘金鑫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61