[发明专利]一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法

说明书

本发明涉及结构抗震技术领域，公开了一种用于三自由度加载系统的力‑位移混合控制方法。包括以下过程：对三自由度加载系统发出目标位移、目标转角和目标轴力命令，通过非线性变换得到三个作动器的目标位移，作用在试件上；在试件的水平及竖向设置LVDT位移传感器，采集LVDT位移传感器的位移，并同时采集各作动器的位移和出力；将LVDT位移传感器的位移通过非线性变换得到试件的实际位移和转角，将作动器的实际位移和出力通过非线性变换得到试件的实际轴力；将实际位移、转角和轴力传输给加载系统进行反馈控制，通过PI控制器的修正重复上述过程，从而实现试件的目标命令。本方案采用LVDT位移传感器，同时考虑了加载系统的几何非线性，提高了试验系统的精度。

技术领域

本发明涉及结构抗震技术领域，尤其是一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法。

背景技术

众所周知，地震是最常见的自然灾害之一，它的发生给人类社会造成了不可估量的经济损失和人员伤亡，研究结构的抗震性能显得尤为重要，然而，怎样准确评估结构或者构件的抗震能力是目前面临的首要问题。因此，对拟静力试验进行研究。其中，由于拟静力试验显著的技术和经济优势，且通过试验可以获得结构或构件的强度、刚度、耗能等重要信息，为结构设计提供了重要依据，因此它一直都是结构抗震领域很受欢迎的试验技术。

近年来，随着工程结构的大型化和复杂化，以及阻尼器、隔震支座、防屈曲支撑等耗能减振与隔震结构构件的工程应用，抗震领域对大比例尺试验甚至足尺试验的需求越来越强烈，大型多功能试验加载系统应运而生。

大型多功能试验加载系统是一种多功能拟静力试验装置，主要采用反力墙、大型门架构架、液压伺服加载控制系统及加载系统，可进行剪切型试验和弯剪型试验。由于大型多功能试验系统是基于MTS控制系统进行试验研究的，因此，对试验系统的精确加载控制则是保证试验顺利进行并取得准确试验结果的关键。结合哈尔滨工业大学结构抗震试验室的大型多功能试验加载系统及附属MTS793控制软件，对控制方法进行研究。

现有的控制方法是将作动器自身的位移及所得转角作为实际位移、转角进行反馈，通过以往的试验可以看出，虽然通过作动器自身反馈时所得的位移和转角可以实现试件的目标位移，但是由LVDT高精度位移传感器实测的转角与目标转角有一定的差别，尤其对于弯剪型试验，将产生较大的误差，从而影响实际测得的结构或者构件的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法。

本发明采用的技术方案如下：一种用于三自由度加载系统的力-位移混合控制方法，具体包括以下过程：

步骤1：对三自由度加载系统发出位移、转角和轴力命令，通过非线性变换G1得到作动器A、作动器B和作动器C的目标位移，作用在试件上；

步骤2：在试件的水平以及竖向设置LVDT位移传感器，采集LVDT位移传感器的位移，并同时采集作动器A、作动器B和作动器C的位移和出力；

步骤3：将LVDT位移传感器的位移通过非线性变换G2得到试件的实际位移和实际转角，将作动器的位移和出力，通过非线性变换G3得到试件的实际轴力；

步骤4：将实际位移、实际转角和实际轴力传输给三自由度加载系统进行反馈控制，继续通过PI控制器的修正重复步骤1-4，直至满足三自由度加载系统的预设条件，从而实现试件的目标位移、轴力和转角。

进一步地，所述步骤1中，三自由度加载系统通过L型加载梁作用在试件上，作动器A在水平方向上连接在L型加载梁的短边，作动器B和作动器C在竖直方向上连接在L型加载梁的长边上，所述作动器A、作动器B和作动器C的目标位移通过L型加载梁将力作用在试件上。