驱动冗余六自由度振动台内力解耦控制方法技术

本发明专利技术提供了一种驱动冗余六自由度振动台内力解耦控制方法，采用扭曲自由度控制技术消除或减小由伺服作动器零点漂移等原因所产生的系统内力。在传统的驱动冗余结构三轴六自由度液压振动台伺服控制回路基础上，分别加入振动平台的水平向扭曲运动趋势约束方程和垂直向扭曲运动趋势约束方程，实现对两个冗余扭曲自由度约束和运动控制，有效地削弱系统中各作动器之间的内力耦合，提高振动台系统的加速度横向比和加速度均匀度等指标。

Internal force decoupling control method for vibration driven redundant six degree of freedom vibration table

The invention provides an internal force decoupling control method for driving a redundant six degree of freedom vibrating table, adopting a torsion degree of freedom control technique to eliminate or reduce the system internal force generated by the zero drift of the servo actuator. In the traditional structure of three axis drive redundant six DOF hydraulic vibration table servo control circuit based on the vibration platform were added level constraint to the distortion movement trend constraint equation and vertical distortion movement trend equation, realize the distortion freedom constraint and motion control of two redundant, effectively weaken the system the force coupling for the improvement of vibration system of the acceleration and lateral acceleration than the uniform index.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种驱动冗余结构三轴六自由度液压振动台内力解耦控制技术。(二)
技术介绍
三轴六自由度液压振动台是一种振动环境模拟试验装备，作为重要的测试手段为大型装 备和仪器的研制提供振动试验环境，可有效地縮短研制周期，节省人力和财力消耗。冗余驱 动结构三轴六自由度液压振动台组成如附图l所示，包括液压缸，伺服阀，运动平台，上、 下连接铰链和相关液压管路系统等，在液压能源系统和控制系统的驱动与控制作用下实现六 自由度正弦扫频、六自由度随机、六自由度冲击波形和六自由度随机波形复现等功能，三轴 六自由度液压振动台共有八个液压伺服作动器，从机构学角度是驱动冗余系统。传统振动台 伺服控制系统均采用六自由度控制策略控制平台运动，由于六个自由度方程含有八个未知驱 动量，所以方程组的解不唯一。这种解的不唯一性使得系统有其他的运动趋势，振动平台刚 性约束条件下导致各伺服作动器间的内力受负载和油温等随机因素影响较大。因此，必须采 用新的控制策略实现作动器之间的内力解耦，提高系统的性能指标。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单可行，可以有效地削弱系统中各作动器之间的内力耦合， 提高振动台系统的加速度横向比和加速度均匀度等指标的驱动冗余结构三轴六自由度液压振 动台驱动系统内力解耦方法。本专利技术的目的是这样实现的它包括以下计算机程序可以实现的步骤设定自由度参考信号步骤，输入六自由度振动台的八个自由度加速度设定信号，送至三状 态输入滤波器步骤；三状态输入滤波器步骤，将输入的八个自由度加速度信号分解为位置、速度和加速度信号， 送至比较器与三状态反馈步骤的数据进行比较处理；自由度合成步骤，将八个液压缸的位置、加速度和位置反馈信号经合成矩阵得到八个自由 度的速度和加速度信号，送至三状态反馈步骤；三状态反馈步骤，将自由度合成步骤输出的八个自由度位置、速度和加速度信号送至比较器，与三状态输入滤波器步骤的数据进行比较处理；自由度分解步骤，将三状态输入滤波器与三状态反馈步骤比较处理得到的八个自由度的偏 差信号进行分解，计算出各个液压缸驱动数据传给输出步骤；输出步骤，将自由度分解步骤计算出的缸长数据经过PID控制参数整定后，送给三轴六自 由度振动台的八个液压缸伺服控制器，驱动液压缸输出。本专利技术还有这样一些技术特征-1 、所述的控制的输入端为增加两个扭曲自由度的八个自由度位置、速度和加速度三状态 输入信号；经过自由度分解后产生八个伺服作动器的驱动信号；八个伺服作动器输出的位置、 速度和加速度经过自由度合成，形成八个自由度的三状态反馈信号与三状态输入信号比较；2、 所述的两个扭曲自由度的扭曲运动趋势的约束方程为假设六自由度振动台的水平向 有四个作动器，分别为x!， x2, yi， y2;垂直向有四个作动器分别为z,， Z2， Z3， z4; ^和X2 两个作动器上铰点间的距离为2A， K和K两个作动器上铰点间的距离为2/2，六个自由度加速度分别表示为X， y， Z， i x， i y和i z，则有1 = 0.50^ +jc2) y = 0.5Cv1+>;2) Z二0.25(z！ +z2 +z3 +z4) ,i x = 0.25(—2！ _ z2 + z3 + z4) ^=0.25(—a+z2—z3+z4)式中，A、 "(/=1,2)和3(/=1，2,3,4)分别表示八个液压作动器的加速度反馈信号；两个扭曲运动约束方程分别定义为<formula>complex formula see original document page 5</formula>式中r,d。f—垂直向扭曲运动趋势约束方程d。f 一水平向扭曲运动趋势约束方程3、 所述的增加扭曲自由度控制的三轴六自由度振动台自由度合成矩阵方程为<formula>complex formula see original document page 6</formula>4、所述的将输入的八个自由度加速度信号分解为位置、速度和加速度信号中自由度分解矩阵为<formula>complex formula see original document page 6</formula>自由度分解矩阵/z、/r1，其中H为各个液压缸的偏差信号。图6-图7给出了三轴六自由度振动台考虑扭曲自由度的控制示意图。控制的输入端为考虑 两个扭曲自由度的八个自由度位置、速度和加速度三状态输入信号；经过自由度分解后产生 八个伺服作动器的驱动信号；八个伺服作动器输出的位置、速度和加速度经过自由度合成， 形成八个自由度的三状态反馈信号与三状态输入信号比较，实现八个自由度的闭环控制其中，扭曲控制技术中的关键过程是 定义水平及垂直扭曲运动趋势的约束方程；*将扭曲运动约束方程与传统的六自由度控制策略相结合，使得振动台系统各驱动量 的解唯一，达到约束扭曲运动趋势的目的。 增加扭曲自由度控制前后，六自由度振动台系统性能指标的对比如表1 3所示。表1 3是考虑扭曲自由度控制条件下，某2mx4m三向六自由度振动台各作动器之间的内力耦合值和系统的加速度性能指标。从表l中可以看出，空载状态时两种控制策略下作动器在静态时的压差基本相同。但在7t 负载条件下，六自由度控制策略时作动器的静态压差要明显高于扭曲控制策略时的压差，系 统有较大的内力耦合。采用扭曲控制策略时，空载、7t负载条件下平台在工作零位时的作动 器压差基本不变。表明采用扭曲控制可以使各作动器之间内力不再随负载重量、负载放置方 式和油温等量的变换而改变。从表2和3的实验数据中可以看出，扭曲控制策略与传统六自由度控制策略相比，由于实 现了各作动器之间的内力解耦，加速度均匀度和加速度横向分量有较大改善。表l工作零位时作动器压差对比表<table>complex table see original document page 7</column></row><table>表2加速度均匀度对比表<table>complex table see original document page 7</column></row><table>表3 加速度横向比<table>complex table see original document page 8 </column></row><table>本专利技术采用扭曲自由度控制技术消除或减小由伺服作动器零点漂移等原因所产生的系统内 力，在传统的驱动冗余结构三轴六自由度液压振动台伺服控制回路基础上，分别加入振动平 台的水平向扭曲运动趋势约束方程和垂直向扭曲运动趋势约束方程，实现对两个冗余扭曲自 由度约束和运动控制，有效地削弱系统中各作动器之间的内力耦合，提高振动台系统的加速 度横向比和加速度均匀度等指标。(四) 附图说明图1-图2是六自由度振动台组成图3是本专利技术三轴六自由度振动台控制原理图； 图4-图5是振动台扭曲运动趋势示意图6-图7是考虑扭曲自由度的三轴六自由度振动台伺服控制示意图。(五) 具体实施例方式下面结本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动冗余六自由度振动台内力解耦控制方法，其特征在于它包括以下计算机程序可以实现的步骤：设定自由度参考信号步骤，输入六自由度振动台的八个自由度加速度设定信号，送至三状态输入滤波器步骤；三状态输入滤波器步骤，将输入的八个自由度加速度信号分解为位置、速度和加速度信号，送至比较器与三状态反馈步骤的数据进行比较处理；自由度合成步骤，将八个液压缸的位置、加速度和位置反馈信号经合成矩阵得到八个自由度的速度和加速度信号，送至三状态反馈步骤；三状态反馈步骤，将自由度合成步骤输出的八个自由度位置、速度和加速度信号送至比较器，与三状态输入滤波器步骤的数据进行比较处理；自由度分解步骤，将三状态输入滤波器与三状态反馈步骤比较处理得到的八个自由度的偏差信号进行分解，计算出各个液压缸驱动数据传给输出步骤；输出步骤，将自由度分解步骤计算出的缸长数据经过ＰＩＤ控制参数整定后，送给三轴六自由度振动台的八个液压缸伺服控制器，驱动液压缸输出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩俊伟，丛大成，何景峰，叶正茂，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]