结构振动的直驱式AMD控制系统建模及数值分析

结 构 振 动 的 直 驱 式 ＡＭ Ｄ 控 制 系 统 建 模 及 数 值 分 析
刘 军 龙 ，张春 巍 ，欧 进 萍
（． １ 哈尔 滨 工 业 大 学土 木 工 程 学 院 ，黑 龙 江 哈 尔 滨 １０ ９ ；． 连 理 工大 学 土 木 水 利学 院 ，辽 宁 大 连 １６ ２ ） ５ ００ ２ 大 １０ ４
和 民用工业 上得 到 了广泛 的应压 驱 动 ＡＭＤ 控 制 系 统 的应
用。 电机虽 然对 液压 驱动作 了一些改 进 ， 由于它需 但 要借 助于机 械传 动部 件 （ 如齿 轮 、 丝杠 、 或 或皮 带 ） 等 中 间环 节 ， 存 在 诸 如 响应 慢 、 制精 度 低 、 程受 仍 控 行
的 ＡＭＤ 控 制 系 统 ， 现 结 构 振 动 的主 动 控 制 。 实
关键 词 ：结 构 振 动控 制 ； 震 响 应 主 动 控 制 ； 地 ＡＭＤ 控 制 ；直 驱 式 容 积控 制 ； 一 速 模 型 力 转
中 图分 类 号 ： ＴＵ３ ２ １ ５ ． 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ — ５ ３ ２ ０ ） ４ ０ ２ — ６ ０ ４ ４ ２ （ ０ ８ ０ — ３ ３ ０
直驱 式容 积控 制作 动器 的组 成 如 图 １所示 。这
高效 、 体积 小 、 速 范 围宽 、 制精度 高等 优点 ， 调 控 研究
利用 直驱 式容 积控 制伺 服系统 代 替传统 的液压 系统
以 代 替 使 用 伺 服 阀的 传 统 电液 伺 服 系 统 ［ 。１ ９ ２ ９７ ］
年， 日本 福 山制 铁所 运 用 直驱 式 容 积控 制 伺 服 系统 改造 连铸设 备 ， 节能效 果 明显 ， 改造后 的 电费仅 为 改
切型框架结构为例 ， 行地震荷载输入 下 Ｄ 进 ＡＭＤ 主 动控 制 的 数 值 分 析 ， 算 结 果 表 明直 驱 式 容 积 控 制 作 动 器 能 够 计
满 足 各 种 结 构 地 震 响 应 主 动 控 制 典 型工 况 的 出力 需 求 ， 够 有 效 地 减 轻 结 构 的 反应 ， 一 定 范 围 内 可 以 代 替 传 统 能 在
摘 要 ：针 对 传 统 伺 服 阀控 液 压 作 动 主 动 质 量 驱 动 控 制 系 统 （ ｃｉｅＭａｓＤ ｉ ｒ Ａ ｔ ｓ ｒ ｅ ，ＡＭＤ） 在 的能 源 效 率 低 等 问题 ｖ ｖ 存 提 出基 于 无 阀作 动 器 的直 驱 式 Ｄ Ｍ Ｄ（ ｒｃ ｒ ｉｇＡｃｉｅＭａｓ ｒ ｅ ） 制 系 统 。 先 分 析 了 直 驱 式 容 积 控 制作 Ａ Ｄｉ ｔ ｉ ｎ ｔ ｓ Ｄ ｉ ｒ控 ｅ ｄｖ ｖ ｖ 首 动 器 的组 成 和控 制 原理 及 其 用 于 ＡＭＤ 控 制 系统 的 策 略 ； 次 基 于 电 机 学 、 体 动力 学 原 理 推 导 建 立 了 ＤＡ Ｄ控 其 流 Ｍ 制 系 统 的 转 速 一 动力 关 系 模 型 ， 出 了 以 泵 的 转 速 （ 服 电机 的 驱 动 电 压 ） 驱 给 伺 为输 入 量 、 系统 主 动 控 制 力 为 输 出量 的 系统 转 速 一 关 系 模 型 ， 立 了 受 控 结 构 一 ＡＭＤ 控 制 系统 的状 态 方 程 。最 后 以 顶 部 设 置 Ｄ 力 建 Ｄ ＡＭＤ 控 制 系 统 的 两层 剪
限等 问题 。 由于直 驱式容 积控 制伺 服 系统 具有 节能
直驱式 容 积控制 伺服系 统是 交流 伺 服电机 技术
和 液压技术 相 结合 的产物 ， 近 １ 余 年 学科 交 叉相 是 Ｏ
结 合的技 术成 果 。这 种伺 服系统 具有 电 动机控 制 的 灵 活性 和液压 大 出力 的双重 优点 。 一定 场合下 ， 在 可
一
工 业 的需要 ， 量 轻 、 寸小 、 重 尺 反应 迅 速 和 负载 刚度
大 的液压 系统 得到 了很 大 的发展 ， 特别 是控 制理 论 、 计 算机 技术 、 电子技 术 和 液压 基础 理 论 的 研究 和发 展， 为液 压 技 术注 入 了新 的 活力 ， 因而 在航 天 、 事 军
主动质 量驱 动／ 阻尼器 （ ＡＭＤ） 能够 对控 制 系统
引 言
液压技 术在 工业 中的应 用 虽然 已经 有 １ ０多年 Ｏ
进行合 理设 计 ， 制作 用可 以大范 围调整 ， 以 良好 控 其 的控制 效果 和低廉 的控制 代价 成为 目前研 究与 应用
最 为广泛 的一 种 控制 方法 ［ 。现有 的 ＡＭＤ 控制 ７ 叫
或伺 服 电机作 为 ＡＭＤ主 动控 制系 统 的驱 动 系统具
有深 远 的意义 和光 明 的前 景 。
造前 的 １ ‰［ ］ ９ ７年 ， 国Ｍｏ ｇ公 司将该 系统 ８ ３ 。１ ９ “ 美 ｏ
应用 于 Ｆ １ 一８战斗机 的作动 系统 ； 改 进系统 在 ２ ０ 其 ０１
１ 直驱式容积控 制作动器的组成 、 特点
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第 ２ 卷第 ４ １ 期
２０ ０ ８年 ８月
振 动 工 程 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆ ｂ ａ ｉｎ Ｅｎ ｉｅ ｒｎ ｏ ｒ ａ ｒ ｔｏ ｇｎ ｅ ｉｇ ｏ Ｖｉ
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Ａｕｇ． ０８ ２０
的 历史 了 ， 是 液压 控 制技 术 的形 成 与 发 展却 只有 但
几 十年 的历 史 ， 特别是 在二 战期 间和 战后 ， 由于军事
系统绝 大 多数是 液压 驱动 或者 是伺 服 电机 马达 驱动 的 主动控 制 系统 口 。其 中 ， 统 的 液压 系统 由于构 传 造 复杂 、 占空 间大 、 源利 用 效 率低 ， 要 定期 换 所 能 需 油 ， 护 成本 高 ， 行 时 噪声 大 ， 染 环境 等 问题 在 维 运 污