本发明专利技术公开了多灾种耦合作用试验装置，其包括振动台组件(20)和实时控制系统，该多灾种耦合作用试验装置(1)还包括模型箱组件(30)、降雨组件(40)和/或洪水组件(50)，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件(20)包括阀控系统：实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。本申请公开了多灾种耦合作用试验装置的控制算法，在实时力反馈控制策略的基础上，设计了一个辨识误差补偿器，误差补偿器中有两个动态可调因子，可以进行实时调整，提升了多灾种耦合作用试验的精度。种耦合作用试验的精度。种耦合作用试验的精度。
【技术实现步骤摘要】
多灾种耦合作用试验装置及控制算法
[0001]本专利技术专利属于土木、水利、地质等工程结构的振动台试验
，具体涉及一种多灾种耦合作用试验装置及控制算法。
技术介绍
[0002]我国西部地区水电资源丰富，但也伴随着复杂的地形地貌和地震地质环境，大地震时有发生，重大工程建设与运行将面临大震甚至是特大地震的强烈地震动及诱发河流两岸山体滑坡引起的库水涌浪等共同作用的威胁。进一步而言，重大工程面临着主震
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强余震
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巨型滑坡耦合与接续作用的威胁。开展物理模型试验可以获取地震主震
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强余震接续作用下，滑坡及滞水洪水发生机理，区域滑坡量评估模型以及滑坡库水涌浪的特征与规律及表征参数。为梯级水利枢纽群抗震防灾提供理论支撑与技术保障，提升我国在建及拟建水利水电枢纽工程的抗灾安全性。
[0003]现有的物理模型试验装置及控制算法尚不能很好地进行主震
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强余震
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巨型滑坡耦合与接续作用模拟。主要体现在：大多试验装置大都是对单一灾种进行控制和实现，也无法进行多灾种耦合作用的精确模拟。具体而言，多灾害地震动、洪水、降雨等耦合作用下，试验系统特性会发生改变，现有的振动台控制策略并不能高精度地复现地震动作用。
技术实现思路
[0004]为了解决前述技术问题，本专利技术第一方面多灾种耦合作用试验装置的控制算法，该多灾种耦合作用试验装置包括振动台组件20和实时控制系统，该多灾种耦合作用试验装置1还包括模型箱组件30、降雨组件40和/或洪水组件50，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件20包括阀控系统：
[0005]实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；
[0006]辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；
[0007]阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。
[0008]进一步的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，控制振动台组件20的阀控系统接收到输入信号x(a)进行多灾种模拟，数采分析系统采集试验信号，该数采分析系统将该试验信号处理后发给数值仿真系统来实时更新系统特性，该数值仿真系统向实时控制系统发送输出信号y(a)。
[0009]进一步的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，实时力反馈控制的基础上，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E1，控制误差信号E1为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式6计算：
[0010][0011]其中，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差。
[0012]进一步的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E2，控制误差信号E2为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式10计算：
[0013][0014]其中，K
a
和K
b
为动态可调因子，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差；
[0015]优选的是：在区间范围内动态调整K
a
和K
b
的大小，使得输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值的不断减小达到性能最优。
[0016]本专利技术的第二方面提供了一种多灾种耦合作用试验装置，包括振动台组件20和实时控制系统，其特征在于，该多灾种耦合作用试验装置1还包括模型箱组件30、降雨组件40和/或洪水组件50，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件20包括阀控系统：
[0017]实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；
[0018]辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；
[0019]阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。
[0020]进一步的多灾种耦合作用试验装置，控制振动台组件20的阀控系统接收到输入信号x(a)进行多灾种模拟，数采分析系统采集试验信号，该数采分析系统将该试验信号处理后发给数值仿真系统来实时更新系统特性，该数值仿真系统向实时控制系统发送输出信号y(a)。
[0021]进一步的多灾种耦合作用试验装置，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E1，控制误差信号E1为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式6计算：
[0022][0023]其中，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差。
[0024]进一步的多灾种耦合作用试验装置，所述实时控制系统包括辨识误差补偿器，所
述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E2，控制误差信号E2为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式10计算：
[0025][0026]其中，K
a
和K
b
为动态可调因子，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差；
[0027]优选的是，在区间范围内动态调整K
a
和K
b
的大小，使得输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值的不断减小达到性能最优
[0028]进一步的多灾种耦合作用试验装置，其特征在于，
[0029]模型箱系统30包括层状剪切箱31，该层状剪切箱31设置在振动台组件20上；
[0030]降雨组件40和/或洪水组件50包括水箱2和水泵3，其中，水泵3将水箱2中的水泵出经雨水口42模拟雨水和/或经洪水口51模拟洪水注入模型箱系统30内；
[0031]优选的是，降雨组件40包括可在模型箱系统30上方移动的移动板41、和设置在移动板41上的降雨口42、将水箱2中的水输送到移动板41上的模拟雨水输送管道、以及设置在模拟雨水输送管道上的雨水控制阀45；进一步优选的是，所述模拟雨水输送管道包括钢管道43和/或软管道44；优选的是，所述雨水控制阀45设置在钢管道43上；<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.多灾种耦合作用试验装置的控制算法，该多灾种耦合作用试验装置包括振动台组件(20)和实时控制系统，其特征在于，该多灾种耦合作用试验装置(1)还包括模型箱组件(30)、降雨组件(40)和/或洪水组件(50)，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件(20)包括阀控系统：实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。2.如权利要求1所述的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，其特征在于，控制振动台组件(20)的阀控系统接收到输入信号x(a)进行多灾种模拟，数采分析系统采集试验信号，该数采分析系统将该试验信号处理后发给数值仿真系统来实时更新系统特性，该数值仿真系统向实时控制系统发送输出信号y(a)。3.如权利要求1
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2任一项所述的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，其特征在于，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E1，控制误差信号E1为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式6计算：其中，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差。4.如权利要求1
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2任一项所述的多灾种耦合作用试验装置的控制算法，其特征在于，所述消除辨识误差阀控补偿信号为控制误差信号E2，控制误差信号E2为输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值，按式10计算：其中，K
a
和K
b
为动态可调因子，G(F)为辨识得到的阀控系统传递函数，ΔF是辨识阀控系统传递函数与真实传递函数间的误差，G(S)是辨识得到的结构传递函数，ΔS是辨识传递函数与真实传递函数间的误差；优选的是：在区间范围内动态调整K
a
和K
b
的大小，使得输出信号y(a)和输入信号x(a)的差值的不断减小达到性能最优。5.多灾种耦合作用试验装置，包括振动台组件(20)和实时控制系统，其特征在于，该多灾种耦合作用试验装置(1)还包括模型箱组件(30)、降雨组件(40)和/或洪水组件(50)，所述实时控制系统包括地震控制器、降雨控制器和洪水控制器，所述实时控制系统的地震控制器包括实时力反馈控制器和辨识误差补偿器，所述振动台组件(20)包括阀控系统：
实时力反馈控制器被配置为：接收输出信号y(a)，结合振动台阀控系统逆传递函数和试验结构特性，生成阀控补偿信号c；辨识误差补偿器被配置为：接收阀控补偿信号c和输出信号y(a)，对系统辨识误差进行消除，生成消除辨识误差阀控补偿信号；阀控系统被配置为：接收输入信号x(a)、消除辨识误差阀控补偿信号，结合阀控系统传递函数，生成输出信号y(a)。6.如权利要求5所述的多灾种耦合作用试验装置，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈苏，王巨科，李小军，王进廷，范立峰，傅磊，刘浩然，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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