结构节能型液压直接驱动主动质量控制系统及其时滞补偿方法

针对传统液压驱动主动质量驱动系统（AMD, Active Mass Damper/Driver)装置复杂、体积大、能源利用效率低等缺点，提出由伺服电动机直接驱动双向定量泵带动液压缸工作的节能型电液复合主动质量控制系统（DAMD），开展该系统在重要结构抗风抗震控制中相关的理论建模、参数仿真和性能试验以及半物理仿真控制试验研究，为该系统在土木结构及相关领域的推广和应用奠定基础。具体研究DAMD各子系统非线性力电液本构关系并借助多学科交叉进行工程应用简化、降阶；系统软硬件集成关键技术并试制中等模型系统进行性能测试及子结构控制试验；考虑作动器低频响应特性及其与结构相互作用研究控制策略、时滞影响与新型补偿方法；搭建基于子系统实验原理的半物理仿真实验台，进行振动台试验，完善参数优化分析及相关设计理论，探索其应用于土木工程及相关领域结构振动控制的可行性。

在严格遵守项目计划的前提下，课题组针对传统液压驱动主动质量驱动系统装置复杂、体积大、能源利用效率低等缺点，提出由伺服电动机直接驱动双向定量泵带动液压缸工作的节能型电液复合主动质量控制系统，开展该系统在重要结构抗风抗震控制中相关的理论建模、参数仿真和性能试验以及半物理仿真控制试验研究。目前，已圆满完成了各项既定研究内容，取得了系列创造性研究成果，并完全满足项目结题验收要求。.1、分别建立了无阀电液驱动系统的电机控制、液压动力机构和液压执行机构等子系统的力学模型，进一步建立无阀电液伺服作动器的数学模型。通过数值仿真，较全面分析了影响系统动态特性的因素及作用特征，分析了系统各组成部件的动态特性并提出系统性能改进的措施与策略。.2、设计并研制了一种特殊结构的执行装置——单出杆对称液压缸，它既有单出杆非对称液压缸结构尺寸小的优点，也有双出杆对称液压缸动态特性对称的优点。同时设计了对称阀控单出杆对称液压缸电液伺服系统和对称阀控单出杆非对称液压缸电液伺服系统，通过对两种系统的静态特性理论分析、动态特性仿真分析和实验研究，验证了单出杆对称液压缸具有承载能力大、动态特性对称的优点。.3、建立了无阀电液伺服作动器为驱动装置的主动质量驱动器DAMD (Direct driving Active Mass Driver)控制系统，给出了以泵的转速为输入量、系统主动控制力为输出量的系统转速－驱动力关系模型，建立了受控结构－DAMD控制系统的状态方程。.4、针对DAMD控制系统响应时间稍长的问题，研究了DAMD控制系统应用于土木工程结构振动控制的适用范围。结合主动控制系统时滞的稳定性分析，给出单自由度系统最大允许时滞量（系统第一次出现不稳定的时滞量）的解析解，该值用来确定何时应用时滞补偿技术，并给出增益与系统最大允许时滞量的关系，给出一种基于变量代换的直接补偿方法，理论仿真结果表明了该方法的有效性。.5、与传统的主动控制时滞补偿问题研究思路不尽一致，提出利用时滞补偿控制策略—主动增加时滞补偿方法，给出该方法的数学原理证明。提出了分别基于速度反馈增益和基于位移反馈增益的主动增加时滞补偿方法。定量结合定性分析总结了AMD系统控制参数对时滞量与控制效果的影响规律。数值模拟和试验验证了本研究所提主动增加时滞补偿方法的可行性。