中文摘要：

台阵系统是大型结构振动环境模拟的新发展方向，多轴多点振动控制技术是台阵模拟系统的关键技术。现有的控制器由于忽略了各振动台之间的耦合作用，即使采用离线迭代技术，受系统FRM时变特性影响，也很难实现多轴多点参考信号的高精度再现。本项目将振动台之间的耦合作用等效为试件的时变非线性特性，进而将多轴多点振动控制问题转化为时变非线性系统的多轴振动控制问题。针对系统中典型的时变非线性特性，提出基于神经网络及自适应逆控制技术的非线性补偿方法，减小系统的波形失真度；基于自适应滤波理论，提出MIMO系统FRM实时在线辨识方法；研究基于滤波器设计理论的多轴参考信号在线修正方法，削弱振动台各轴向间的耦合作用，提高系统的加速度均匀度，减小横向分量；设计波形再现自适应控制器，实现多轴多点参考波形的高精度再现。本项目的实施有助于促进台阵振动模拟系统的发展，为拓展工程结构抗震研究空间、深化研究理论提供更加有效的实验手段。

结论摘要：

本项目以台阵振动模拟系统作为研究对象，以多轴多点参考信号的实时、高精度再现为目标，以伺服控制到振动控制、单轴控制到多轴控制、离线迭代到在线迭代、单振动台系统到台阵系统为研究思路，就多轴电液振动台时变特性补偿、多入多出系统频率响应函数实时在线辨识方法及多轴参考信号实时在线修正方法等基础理论和关键技术开展研究。在伺服控制方法研究过程中，提出了一种基于运动学分析的多轴电液振动台加速度控制方法。采用雅克比阵及运动学正解分别取代传统控制器中的自由度分解矩阵及合成矩阵，减小了多轴振动台各轴向间的运动学耦合。对于冗余驱动电液振动台，提出了一种基于矩阵变换的冗余力控制策略，以振动台变形位移最小为目标设计控制器，减小振动台各液压缸之间的内力耦合，提高系统的加速度性能指标。通过阶跃响应实验验证了控制方法的有效性。在单轴振动模拟控制方法研究过程中，提出了一种基于自适应滤波器的时频信号变换方法。利用参考谱设计滤波器，通过对白噪声信号的滤波生成时域驱动信号。提出了一种基于自适应逆控制技术的单轴随机振动控制算法。基于自适应滤波器在线辨识系统的阻抗，通过对驱动信号的在线修正，实现参考波形及参考谱的实时高精度再现。在多轴振动模拟控制方法研究过程中，提出了一种基于滤波器设计理论的多轴随机振动时域驱动信号生成方法。将参考谱转换为所设计系统的频率响应函数，利用MIMO系统圆周卷积对白噪声信号进行滤波，实现参考谱到时域驱动信号的转换。提出了一种基于频域迭代的随机振动控制算法。通过对系统阻抗的实时在线修正，提高随机振动试验的控制精度。提出了一种基于自适应滤波器的MIMO系统阻抗特性自适应辨识方法，解决了长期困扰振动控制领域的MIMO系统频率特性的在线辨识问题。利用FIR滤波器构建MIMO系统阻抗模型，基于RLS自适应算法在线辨识模型参数，实时跟踪系统特性的变化。提出了MIMO系统随机振动自适应控制算法。基于系统阻抗特性的辨识结果构建滤波器，对驱动信号进行修正，使得系统的输出能够高精度再现多轴参考信号。两轴波形再现及功率谱密度再现实验验证了上述控制策略的有效性。构建了双台阵振动模拟试验台，通过两桥墩桥梁模型的地震模拟实验，验证了台阵系统控制方法的有效性。本项目的成功实施有助于促进台阵振动模拟自适应控制系统的发展，为工程结构抗震研究提供更加有效的实验手段。