佘天莉

（中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，哈爾濱 150080）

（作者電子信箱：佘天莉：agatha＿iem＠163．com）

超低頻振動(dòng)問(wèn)題在工程實(shí)踐中廣泛存在，并且受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文在分析國(guó)內(nèi)外超低頻振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，以超低頻振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)為核心，通過(guò)理論分析、程序仿真和實(shí)驗(yàn)研究，建立了一套可以有效減小振動(dòng)臺(tái)失真的系統(tǒng)，并獲得了良好的實(shí)際效果。提出新的控制方法并加以驗(yàn)證。本文的主要研究工作有以下幾個(gè)方面：

首先，通過(guò)對(duì)振源的分析，在隔振理論的基礎(chǔ)上，提出了基于反饋技術(shù)的主動(dòng)隔振方法，根據(jù)不同的反饋參量，介紹了幾種不同的反饋方法，并通過(guò)MATLAB編程進(jìn)行仿真，分別予以分析，以找出最優(yōu)方案。同時(shí)，分析了超低頻標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)臺(tái)的隔振方法，指出被動(dòng)隔振和主動(dòng)隔振相結(jié)合的方法，可以更有效地解決超低頻振動(dòng)臺(tái)的基礎(chǔ)隔振問(wèn)題。

其次，通過(guò)介紹超低頻振動(dòng)臺(tái)的工作原理，構(gòu)建了超低頻振動(dòng)臺(tái)的力學(xué)模型，并對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。指出了超低頻振動(dòng)臺(tái)的幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題，如振動(dòng)臺(tái)的非線性失真、自身的穩(wěn)定性、地基干擾及背景噪聲等問(wèn)題，并對(duì)上述各種問(wèn)題進(jìn)行了大致的分析。通過(guò)對(duì)比相對(duì)速度和絕對(duì)速度反饋，介紹了相對(duì)速度和絕對(duì)速度相結(jié)合的復(fù)合反饋的技術(shù)，分析了系統(tǒng)在復(fù)合反饋下的動(dòng)態(tài)特性，表明此技術(shù)對(duì)于超低頻振動(dòng)臺(tái)減小失真有著明顯的作用，從而證實(shí)，在超低頻振動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)中，采用負(fù)反饋技術(shù)是必要且有效的，它可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，降低系統(tǒng)的失真度，可對(duì)超低頻振動(dòng)傳感器進(jìn)行有效的校準(zhǔn)。

再次，基于負(fù)反饋技術(shù)，以當(dāng)代先進(jìn)的PID控制和模糊控制理論為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一套基于模糊自整定PID控制算法的數(shù)字伺服控制系統(tǒng)，克服了傳統(tǒng)的模擬伺服控制器系統(tǒng)通常有著調(diào)試?yán)щy、容易受到環(huán)境溫度變化的影響而產(chǎn)生漂移、缺乏實(shí)現(xiàn)復(fù)雜計(jì)算的能力、無(wú)法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代控制理論指導(dǎo)下的控制算法等缺點(diǎn)。在MATLAB環(huán)境下編程并進(jìn)行仿真，確定了KD、KP、KI三個(gè)主要參數(shù)的初值，歸納了這3個(gè)主要參數(shù)的選取規(guī)則，指出了誤差變化對(duì)這3個(gè)參數(shù)在調(diào)整過(guò)程中取值變化的影響，以及各參數(shù)之間的關(guān)系。通過(guò)階躍信號(hào)響應(yīng)仿真表明，該控制器與傳統(tǒng)的PID控制器相比，有著更為良好的動(dòng)態(tài)特性。從仿真中還可以看出，系統(tǒng)對(duì)于正弦激勵(lì)信號(hào)的跟蹤也有著良好的效果。在振動(dòng)臺(tái)上通過(guò)DSP系統(tǒng)進(jìn)行硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)表明，這種控制器所構(gòu)成的系統(tǒng)可以有效地減小振動(dòng)臺(tái)的失真，具有一定的可行性和有效性。

然后，分析了系統(tǒng)A類不確定度的產(chǎn)生原因以及計(jì)算公式；分別從振動(dòng)位移誤差、輸出電壓測(cè)量誤差、臺(tái)面橫向運(yùn)動(dòng)誤差、頻率測(cè)量誤差等幾方面，總結(jié)并分析了系統(tǒng)的B類不確定度和系統(tǒng)的合成不確定度；同時(shí)探討了在測(cè)量數(shù)據(jù)處理的過(guò)程中，對(duì)于異常值的判斷及其剔除準(zhǔn)則；指出了采取多次測(cè)量取平均值的處理方法，可以有效地減小系統(tǒng)的隨機(jī)誤差。

最后，對(duì)全文的主要研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并展望了今后需要進(jìn)一步深入開(kāi)展的工作。