ARM嵌入式控制器驱动的混合试验控制系统设计与优化

本文主要探讨了基于ARM架构的实时混合试验控制系统的研究，针对当前国内实验室在该领域的技术瓶颈和挑战，作者以STM32F407 ARM控制器为核心，结合OpenSees数值仿真软件和Matlab作为关键工具，以及LabVIEW平台的运用，旨在提升混合试验系统的自主性和实用性。 论文首先阐述了实时混合试验系统的整体设计，强调了其通过试验子结构和数值子结构相结合的方式，实现了物理加载与数值模拟的协同工作，能够经济高效地模拟结构在地震等极端条件下的动态响应。混合试验系统的核心控制器，即STM32F407，通过与OpenSees软件的交互，以及Matlab作为数据处理和通信中介，实现了硬件与软件的有效集成。 在系统的关键部分——液压伺服控制系统中，论文针对存在的响应速度慢、精度低和抗干扰能力弱的问题，提出了一种卡尔曼优化遗传PID控制算法。通过对液压伺服系统的非线性数学模型建立，通过遗传算法寻优，解决了PID控制器增益的设置问题，确保了阀控液压缸排量的精确控制。为了进一步提升控制性能，引入卡尔曼滤波算法，有效减小了幅度波动和外部干扰对系统的影响，从而提高了系统的稳定性和响应速度。 此外，论文还专门研发了一个基于LabVIEW的副控制器，用于伺服油源的间接控制，研究了两者之间高效而可靠的通信机制。这不仅提高了系统的灵活性，也为实际操作提供了便利。通过一系列实验验证，加装了线性弹簧的框架结构在该混合试验控制系统的驱动下，显示出了良好的动态性能。 这篇毕业论文深入研究了基于ARM的实时混合试验控制系统的各个方面，包括硬件选型、软件设计以及控制算法优化，对于推动我国实验室在该领域的自主研发和技术进步具有重要的参考价值。