基于粒子群算法的地震模拟振动台控制技术研究

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地震模拟振动台系统作为目前科技发展水平下能够在实验室真实模拟地震动的大型试验设备,内部技术和控制理论复杂,实际试验中往往存在相位无法满足要求和波形相关度较差等问题。如果能解决这些问题,将会使振动台试验结果更加准确、可信。因此本文以提高波形复现精度为目标,以信阳师范学院水平单向地震模拟振动台为研究对象,采用MATLAB仿真分析手段,对地震模拟振动台系统的构建、控制原理、参数整定、粒子群控制策略及波形相关度等进行研究,主要研究工作及成果如下:(1)介绍地震模拟振动台工作原理,分析各组成部件并总结性能参数,为后期地震模拟振动台三参量控制系统理论研究、抗震方案设计提供理论支撑,也可为将来振动台升级改造提供参考依据;同时对液压系统和控制系统进行理论分析,求得传递函数,为后续建立仿真模型提供理论基础;之后在MATLAB/Simulink环境中建立地震模拟振动台仿真模型。(2)介绍了粒子群算法发展过程和原理,结合粒子群算法理论容易理解、程序容易编写的特点,将粒子群算法应用于地震模拟振动台控制参数整定研究中,提出一种基于粒子群算法的地震模拟振动台控制算法,并根据实际三参量控制参数整定问题的需要,完成粒子群算法设计;同时为提高算法运行效率,对粒子群算法进行改进,完成理论研究工作。(3)利用已建立的地震模拟振动台仿真模型,进行理论值控制和自整定值控制振动台性能对比研究。首先完成理论值时域波形仿真:结果表明在传统理论值控制下,振动台波形复现精度不高;之后利用本文提出的算法进行自整定值仿真研究,仿真结果表明自整定值控制下波形相关系数得以提高,表明该算法能生成一组提高波形复现精度的控制参数,算法有效;最后对时域波形仿真结果进行频谱分析,结果表明与理论值相比,在自整定值控制下系统频率响应衰减得到补偿,从频域角度证明了本文提出算法的有效性和智能性。为了进一步验证算法的有效性,采用北京工业大学地震模拟振动台参数进行仿真试验,同样得到理想结果。证明本文提出的算法具有一定的通用性。
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