三轴液压振动系统的线性化模型与瞬态力解耦

　　0 引言

　　三轴液压振动系统主要用来对建筑物、核电设备等进行抗震研究。为使系统受力均匀、可靠性高,其激振器一般采用对称分布形式,如图1所示(X向和Y向各2个, Z向4个),可以实现六个自由度的运动。

　　虽然在系统的方案设计上,选择了能够满足其运动要求的伺服阀和激振器,但仍缺少一个进行仿真分析和控制系统设计的适当的系统模型。同时在进行抗 震试验时,由于台体的加速运动会使负载(台体与被试件)产生与激振力大小相等方向相反的惯性力(瞬态力),当被试件存在偏心或具有一定高度时,这种惯性力 便产生绕三个轴线方向的惯性力矩,即回转力矩和倾覆力矩。从而使三个轴线方向的激振器出现不同步的现象,这种现象称之为瞬态力耦合。

　　当然同一轴线方向各激振系统的参数的不一致也会使激振器产生不同步的现象,但由于设计和调试时都尽量保证各激振系统参数的一致性,因此这种由于 参不一致而引起的激振器的不同步与瞬态力耦合所引起的不同步相比是很小的。另外转动自由度的控制作用能很好地抑制由于参数不同引起的不同步。因此,振动台 的不同步控制主要指瞬态力解耦控制。

　　1 系统模型

　　为了进行仿真分析和控制系统的设计,需要建立一个系统模型,以描述系统中各要素的特性及相互间关系。

　　1.1 伺服阀

　　伺服阀是动力机构中的控制元件,用于控制进入激振器的流量,其动态特性可用一个二阶环节来描述:

　　式中:伺服阀理论流量,8@1; Sv(s)表示对角元素为的8@8的对角阵,描述伺服阀的动态特性;½uv为伺服激振器的控制量,81。

　　1.2 激振器

　　激振器驱动负载按照要求运动,其出力可以用下式描述

　　式中:为激振器的负载压力,81; x.-a为激振器的速度,81; 表示对角元素为的88的对角阵,描述泄漏和压缩特性; Aa表示对角元素为激振器有效作用面积的88的对角阵。

　　则有激振器的出力

　　式中: 是激振器的出力,81。

　　1.3 振动台动力学方程

　　振动台共有8套激振器系统,推动负载作六个自由度的运动,将负载的运动分为随质心的平动()和随质心的转动(Hx、Hy、Hz),其动力学方程可表示为

　　式中: M为惯量矩阵,66;¸x为负载综合质心的广义位移,61; Jl,x为激振器的配置矩阵,68; f-为激振器的净出力,81。

　　根据激振器的铰点和负载综合质心几何关系,可以得出激振器的配置矩阵,这里忽略其中的非线性因素。同时激振器的净出力f-具有如下关系