一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法，包括以下步骤：以桥板的几何中心O为控制点建立O‑XYZ坐标系，计算阀控缸机构的驱动信号x0；计算台阵模拟系统六自由度位姿反馈信号y；计算刚度补偿信号s；将刚度补偿信号s作为PID控制器的输入信号，PID控制器的输出信号即为阀控缸机构的补偿信号xd；将信号x0与信号xd做差，得到阀控缸机构的偏差信号xa，驱动六自由度双电液振动台台阵模拟系统运动。通过本发明专利技术对10个阀控缸机构中冗余力进行合理控制，可以增大刚度矩阵中的k61元素值，增加系统刚度。当液压源供油压力为21MPa时,应用本发明专利技术提出的控制方法，可使刚度矩阵中kRzDx的最大值提高7％。

A Stiffness Control Method for a Six-DOF Dual Electro-hydraulic Shaking Table Array Simulation System

The invention discloses a stiffness control method for a six-degree-of-freedom dual-electro-hydraulic shaking table array simulation system, which includes the following steps: establishing O_XYZ coordinate system with the geometric center O of the bridge plate as the control point, calculating the driving signal x0 of the valve-controlled cylinder mechanism, calculating the six-degree-of-freedom position and attitude feedback signal Y of the array simulation system, calculating the stiffness compensation signal s, and using the stiffness compensation signal s as the PID controller. The output signal of the PID controller is the compensation signal XD of the valve-controlled cylinder mechanism, and the deviation signal XA of the valve-controlled cylinder mechanism is obtained by making the difference between the signal x0 and the signal xd, which drives the motion of the six-degree-of-freedom double Electro-hydraulic Shaking Table array simulation system. By reasonably controlling the redundant force in 10 valve-controlled cylinder mechanisms, the value of K61 element in the stiffness matrix can be increased and the stiffness of the system can be increased. When the oil supply pressure of the hydraulic source is 21 MPa, the maximum value of kRzDx in the stiffness matrix can be increased by 7% by applying the control method proposed by the present invention.

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法
本专利技术涉及一种六自由度双电液振动台，特别是一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法。
技术介绍
电液振动台是振动环境模拟的重要设备，广泛应用于航天、汽车、船舶、桥梁和土木工程建筑等领域。随着科技的发展，试件的结构尺寸越来越大。单振动台振动模拟实验很难达到指定的运动状态来模拟真实的振动环境。振动台台阵模拟系统由两个或两个以上的振动台组成，为大跨度结构试件的振动模拟试验创造了必要条件。台阵模拟系统多为冗余驱动系统，驱动机构的数量多于系统的运动自由度数，因此会产生冗余力。而通过对冗余力的主动调控，可以有效的增大台阵系统的刚度，提高系统抵抗外力干扰的能力。本专利技术涉及的六自由度双电液振动台台阵模拟平台有10套阀控缸机构驱动，六个运动自由度，属于冗余驱动系统。现有的针对冗余驱动系统的控制方法是要消除冗余力，缺少对冗余力的有效利用，无法提高台阵模拟系统刚度。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种能有效的提高台阵模拟系统的刚度和抗干扰能力的六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法，所述的六自由度双电液台阵振动平台包括：下平台、桥墩A、桥墩B、桥板、上平台A、上平台B、三个水平向阀控缸机构、七个垂直向阀控缸机构、三个反力墙，所述的三个水平向阀控缸机构分别为5号阀控缸机构、6号阀控缸机构和7号阀控缸机构，所述的七个垂直向阀控缸机构分别为1号阀控缸机构、2号阀控缸机构、3号阀控缸机构、4号阀控缸机构、8号阀控缸机构、9号阀控缸机构和10号阀控缸机构。所述三个反力墙分别为1号反力墙、2号反力墙和3号反力墙；所述的5号阀控缸机构、6号阀控缸机构和7号阀控缸机构的外端分别通过各自的虎克铰分别与1号反力墙、2号反力墙和3号反力墙连接，所述的1号反力墙、2号反力墙和3号反力墙固定在下平台上；所述的5号阀控缸机构、6号阀控缸机构和7号阀控缸机构的内端分别通过各自的虎克铰与上平台B连接；所述的1号阀控缸机构、2号阀控缸机构、3号阀控缸机构、4号阀控缸机构、8号阀控缸机构、9号阀控缸机构和10号阀控缸机构的下端分别通过各自的虎克铰与下平台连接；所述的1号阀控缸机构、2号阀控缸机构、3号阀控缸机构和4号阀控缸机构的上端分别通过各自的虎克铰与上平台A连接；所述的8号阀控缸机构、9号阀控缸机构和10号阀控缸机构的上端分别通过各自的虎克铰与上平台B连接。所述的上平台A通过桥墩A和桥板连接；上平台B通过桥墩B和桥板连接，它们整体组成六自由度双电液台阵振动平台。具体的刚度控制方法，包括以下步骤：A、以桥板的几何中心O为控制点，在控制点建立O-XYZ坐标系。OX轴负方向由O点指向2号阀控缸机构上端虎克铰铰点中心与4号阀控缸机构上端虎克铰铰点中心的连线的中点，且与该连线垂直；OZ轴正方向垂直指向下平台；OX、OY和OZ三个坐标轴的方向满足右手定则。六自由度双电液振动台台阵模拟系统有六个自由度，分别是绕OX轴转动的横摇运动、绕OY轴转动的纵摇运动、绕OZ轴转动的偏航运动、沿OX轴的平动、沿OY轴的平动、沿OZ轴的平动。给定台阵模拟系统六自由度位姿指令信号为Q0，Q0是一个6×1列向量，Q0＝(DxDyDzRxRyRz)T式中，Rx是横摇角，Ry是纵摇角，Rz是偏航角，Dx是沿X轴的位移，Dy是沿Y轴的位移，Dz是沿Z轴的位移。设平台位姿反馈信号Qd的初始值为(000000)T，用Q0减去Qd，得到平台位姿偏差信号Qa，将平台位姿偏差信号Qa作为PI控制器的输入信号。PI控制器输出信号为w，w是6×1列向量。将PI控制器输出信号w输入到自由度分解矩阵Hf计算模块中，得到Hf计算模块输出信号x0，x0为阀控缸机构的驱动信号，x0是一个10×1列向量，计算公式为：x0＝Hfw式中，自由度分解矩阵Hf为：式中，d1为控制点O与2号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A2连线在OY轴上的投影长度；d2为2号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A2与1号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A1连线在OY轴上的投影长度；d3为控制点O与2号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A2连线在OX轴上的投影长度；d4为1号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A1与3号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A3连线在OX轴上的投影长度；d5为上平台B几何中心O1与9号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A9连线在OY轴上的投影长度；d6为控制点O与上平台B几何中心O1在OY轴上的投影长度；d7为上平台B几何中心O1与8号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A8连线在OX轴上的投影长度；d10为上平台B几何中心O1与7号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A7连线在OY轴上的投影长度；h2为控制点O与7号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A7连线在OZ轴上的投影长度；B、采集10个阀控缸机构中液压缸的位移信号p，p为10×1列向量。将10个阀控缸机构中液压缸的位移信号p输入到自由度合成矩阵Hc控制模块中，计算台阵模拟系统六自由度位姿反馈信号y，y为6×1列向量。自由度合成矩阵Hc为6×10矩阵，计算公式为：Hc＝pinv(Hf)Qd＝Hcp式中，pinv(Hf)表示求取矩阵Hf的Moore-Penrose伪逆；C、采集10个阀控缸机构中液压缸两腔的压差信号PL，PL为10×1列向量，经过刚度控制器，得到刚度补偿信号s，s是10×1列向量，计算刚度补偿信号s的具体方法包括以下步骤：C1、定义六自由度双电液振动台台阵模拟系统刚度矩阵为:式中，kDxDy表示产生Dy自由度单位位移所需要的Dx自由度的力，其余元素含义类同。选取满足方程H·τc＝1且sum(abs(τc))为最小的解作为τc，τc为10个阀控缸机构中归一化的冗余力，为10×1列向量。其中abs(τc)表示对列向量τc求取绝对值；sum(abs(τc))表示求abs(τc)列向量中各元素之和；H为刚度矩阵中kRzDx元素的修正系数，为1×10向量：式中，d8为上平台B几何中心O1与5号阀控缸机构的内虎克铰铰点中心A5连线在OY轴上的投影长度；l2为5号阀控缸机构的内虎克铰铰点中心A5与外虎克铰中心连线长度；l3为10号阀控缸机构的上虎克铰铰点中心A10与下虎克铰中心连线长度；C2、根据步骤C1中计算得到的τc，计算刚度控制器的输出信号s，计算公式为：式中，τr为补偿力，是10×1列向量；PG为六自由度双电液振动台台阵模拟系统中液压源供油压力。Ae为阀控缸机构中液压缸活塞与活塞杆之间的环形有效面积；上标“T”表示矩阵转置；max(abs(τc))表示求abs(τc)列向量中最大元素值。D、将刚度补偿信号s作为PID控制器的输入信号，PID控制器的输出信号即为阀控缸机构的补偿信号xd。E、将信号x0与信号xd做差，得到阀控缸机构的偏差信号xa，xa作为10个阀控缸机构的输入信号，输入到10个阀控缸机构，驱动六自由度双电液振动台台阵模拟系统运动。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术本专利技术的所有步骤均可通过软件编程实现。在CPU为IntelPD2.6G、内存为1G的Advantech工控机IPC-610上测试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法，所述的六自由度双电液台阵振动平台包括：下平台(19)、桥墩A(14)、桥墩B(15)、桥板(16)、上平台A(17)、上平台B(18)、三个水平向阀控缸机构、七个垂直向阀控缸机构、三个反力墙，所述的三个水平向阀控缸机构分别为5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)，所述的七个垂直向阀控缸机构分别为1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)、4号阀控缸机构(4)、8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)；所述三个反力墙分别为1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)；所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的外端分别通过各自的虎克铰分别与1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)连接，所述的1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)固定在下平台(19)上；所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的内端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)、4号阀控缸机构(4)、8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的下端分别通过各自的虎克铰与下平台(19)连接；所述的1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)和4号阀控缸机构(4)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台A(17)连接；所述的8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的上平台A(17)通过桥墩A(14)和桥板(16)连接；上平台B(18)通过桥墩B(15)和桥板(16)连接，它们整体组成六自由度双电液台阵振动平台；其特征在于：具体的刚度控制方法，包括以下步骤：A、以桥板(16)的几何中心O为控制点，在控制点建立O‑XYZ坐标系；OX轴负方向由O点指向2号阀控缸机构(2)上端虎克铰铰点中心与4号阀控缸机构(4)上端虎克铰铰点中心的连线的中点，且与该连线垂直；OZ轴正方向垂直指向下平台(19)；OX、OY和OZ三个坐标轴的方向满足右手定则；六自由度双电液振动台台阵模拟系统有六个自由度，分别是绕OX轴转动的横摇运动、绕OY轴转动的纵摇运动、绕OZ轴转动的偏航运动、沿OX轴的平动、沿OY轴的平动、沿OZ轴的平动；给定台阵模拟系统六自由度位姿指令信号为Q0，Q0是一个6×1列向量，Q0＝(Dx Dy Dz Rx Ry Rz)...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度双电液振动台台阵模拟系统的刚度控制方法，所述的六自由度双电液台阵振动平台包括：下平台(19)、桥墩A(14)、桥墩B(15)、桥板(16)、上平台A(17)、上平台B(18)、三个水平向阀控缸机构、七个垂直向阀控缸机构、三个反力墙，所述的三个水平向阀控缸机构分别为5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)，所述的七个垂直向阀控缸机构分别为1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)、4号阀控缸机构(4)、8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)；所述三个反力墙分别为1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)；所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的外端分别通过各自的虎克铰分别与1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)连接，所述的1号反力墙(11)、2号反力墙(12)和3号反力墙(13)固定在下平台(19)上；所述的5号阀控缸机构(5)、6号阀控缸机构(6)和7号阀控缸机构(7)的内端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)、4号阀控缸机构(4)、8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的下端分别通过各自的虎克铰与下平台(19)连接；所述的1号阀控缸机构(1)、2号阀控缸机构(2)、3号阀控缸机构(3)和4号阀控缸机构(4)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台A(17)连接；所述的8号阀控缸机构(8)、9号阀控缸机构(9)和10号阀控缸机构(10)的上端分别通过各自的虎克铰与上平台B(18)连接；所述的上平台A(17)通过桥墩A(14)和桥板(16)连接；上平台B(18)通过桥墩B(15)和桥板(16)连接，它们整体组成六自由度双电液台阵振动平台；其特征在于：具体的刚度控制方法，包括以下步骤：A、以桥板(16)的几何中心O为控制点，在控制点建立O-XYZ坐标系；OX轴负方向由O点指向2号阀控缸机构(2)上端虎克铰铰点中心与4号阀控缸机构(4)上端虎克铰铰点中心的连线的中点，且与该连线垂直；OZ轴正方向垂直指向下平台(19)；OX、OY和OZ三个坐标轴的方向满足右手定则；六自由度双电液振动台台阵模拟系统有六个自由度，分别是绕OX轴转动的横摇运动、绕OY轴转动的纵摇运动、绕OZ轴转动的偏航运动、沿OX轴的平动、沿OY轴的平动、沿OZ轴的平动；给定台阵模拟系统六自由度位姿指令信号为Q0，Q0是一个6×1列向量，Q0＝(DxDyDzRxRyRz)T式中，Rx是横摇角，Ry是纵摇角，Rz是偏航角，Dx是沿X轴的位移，Dy是沿Y轴的位移，Dz是沿Z轴的位移；设平台位姿反馈信号Qd的初始值为(000000)T，用Q0减去Qd，得到平台位姿偏差信号Qa，将平台位姿偏差信号Qa作为PI控制器的输入信号；PI控制器输出信号为w，w是6×1列向量；将PI控制器输出信号w输入到自由度分解矩阵Hf计算模块中，得到Hf计算模块输出信号x0，x0为阀控缸机构的驱动信号，x0是一个10×1列向量，计算公式为：x0＝Hfw式中，自由度分解矩阵Hf为：式中，d1...

【专利技术属性】
技术研发人员：关广丰，徐显桩，熊伟，王海涛，马文琦，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21