CN109564138B - 对改变的系统参数具有实时补偿的测试系统 - Google Patents

对改变的系统参数具有实时补偿的测试系统 Download PDF

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Abstract

一种用于测试样本的测试系统包括：(a)一组致动器，该组致动器用于向样本施加期望时间历史的载荷，(b)驱动单元，该驱动单元连接至每个致动器，(c)功率产生元件(电流/气动/液压)，以及(d)控制器，该控制器连接至驱动单元，控制器基于从样本的输出接收到的反馈和从该反馈和输入命令得到的误差来生成用于驱动单元的驱动信号。控制器通过补偿由于对测试系统和样本的非线性响应而被引入的变化的系统参数来生成驱动信号，其中，控制器不需要(i)除了从样本接收到的反馈之外的附加测量变量，以及(ii)测试系统和样本的数值模型。

Description

对改变的系统参数具有实时补偿的测试系统
技术领域
本发明涉及一种测试系统和用于控制该测试系统以对样本进行测试的方法，并且更具体地涉及测试系统的控制器，该控制器负责不同系统参数的实时补偿，这些改变的系统参数是由于测试系统和样本的非线性响应而被引入的。
背景技术
伺服控制过程通常是由公知的PID方案来驱动，PID方案包括伺服回路上的比例增益[P(t)]、积分增益[I(t)]和微分增益[D(t)]，伺服回路将伺服输出[C(t)]馈送至伺服驱动器以便消除误差，该误差作为被控制的过程参数的期望(命令)读数与实际(反馈)读数之间的差异。线性系统通常是这样的系统：其根据给定的伺服输出在反馈
Figure GDA0002213290460000011
中表现出恒定变化率。在这种情况下，系统可以利用一组PID增益以最佳方式进行调节以得到最佳表现。然而，如果系统表现出非线性或者不稳定的响应，即，如果
Figure GDA0002213290460000012
对于给定值的[C(t)]不能是唯一的，则这将是不够的。在伺服控制机械测试系统中可能就是这种情况，该伺服控制机械测试系统被设计用于在经受到静态或者循环载荷的试样上施加载荷。在这种系统中，引入了所谓的刚度校正来考虑非线性响应。其依赖于对样本所经历的位移[s(t)](致动器位置)和载荷[f(t)]的测量，并且通过使总PID输出随时间地与
Figure GDA0002213290460000013
成比例地增加或者减小而连续地校正总PID输出。
样本(从简单的试样至复杂的结构或者子结构)的机械测试中所使用的伺服控制测试系统要求使用单个或者多个独立作用的致动器以及施加静态载荷和动态载荷。这些条件可以导致由于惯性力、耗散力或者复原力而引起的瞬时系统响应的严重畸变。即使在对PID增益进行校正以将样本刚度的变化考虑在内之后，这种响应也可能会限制载荷的施加速率：这是在载荷控制中的多通道结构测试中常常遇到的问题。由于几个原因，所以在大范围的载荷水平和频率下在样本上准确地施加期望载荷变得困难，举几个例子：
(R1)样本在几何尺寸和材料属性上经历变化从而导致几何和材料非线性；
(R2)控制元件之间的能量耗散从而导致载荷不足；
(R3)致动器-结构相互作用向系统添加能量从而导致过载或者控制不稳定。
在这种情境下，重要的是，将测试系统以及样本的动力学特性考虑在内以便使得控制元件可以准确地给予期望载荷。
大多数商用的现成可用的材料或者结构动态测试系统都具有基于比例-积分-微分(PID)控制算法的控制系统。这些控制系统的成功局限于符合样本的线性行为的小范围载荷水平和频率，因为这些系统没有考虑到上文提到的R1、R2和R3。在图1中图示的一种新系统通过使用修正的比例-积分-微分(PID)控制方法来将R1考虑在内，该修正的比例-积分-微分(PID)控制方法具有附加的刚度校正参数以将材料或者结构的不断变化的属性考虑在内。在图1中图示的各个变量如下：r(t)：命令；y(t)：反馈；e(t)＝r(t)-y(t)：误差；c(t)：控制器输出；v(t)：伺服驱动器输出；u(t)：由致动器给予的力；y(t)：样本所经历的力。
在该系统100中，在柔韧性方面对附加参数——动态刚度进行了测量：位移变化与反馈变化的比率。这要求处于载荷控制下的系统100也测量位移。在测试期间，PID控制器的输出乘以该比率(柔韧性)考虑到样本的可变刚度。在测试期间，如果样本变得非常刚硬，则与较小位移变化相对应的载荷反馈变化将会非常高并且因此驱动伺服输出的控制增益需要减小。由于对于刚硬样本所测量的柔韧性(刚度的倒数)较低，所以伺服输出与其相乘将会适当地调节致动器响应以便适应瞬时样本刚度。相似地，当样本非常柔韧时，即，与较小载荷变化相对应的位移变化较大时，用于控制伺服输出的控制增益需要增加。因此，所测量的柔韧性(其与伺服输出相乘)会考虑到增加的致动器移动的需求。这就是在对具有可变刚度的样本的动态测试期间实现测试系统100的自适应控制的方式并且在图1中进行了示出。由于有效的测量柔韧性取决于位移和力两者的测量反馈，所以其会具有至少10-100毫秒的滞后，这取决于伺服驱动器的类型。这会限制在自适应控制中能够实现的最大频率，并且自适应控制的有效性也会由于行程位移信号中不可避免的噪声而降低，该噪声在计算微分的过程期间被极大地放大。在多通道结构测试(例如，飞机结构测试，其需要多个致动器在载荷控制下操作)的情况下，为了增加操作频率与刚度修正参数，附加响应(位移)测量通道的成本可能会高到不可接受，这是因为需要附加的传感器、信号调整器，以及高性能数据采集系统。
图2示出了另一典型测试系统200，测试系统200包括基于模型参考的控制方法，该基于模型参考的控制方法通过包括整个测试系统和样本的近似模型来甚至将R2和R3考虑在内。在图2中提到的各个参数如下：r(t)：命令；y(t)：反馈；e(t)＝r(t)-y(t)：误差；c(t)：控制器输出；v(t)：伺服驱动器输出；u(t)：由致动器产生的力；y(t)：样本所经历的力；ym(t)：模型的响应；em(t)＝r(t)-ym(t)：误差。在该系统200中，将给定的激励施加至参考模型和实际系统两者，并且然后基于从数值模型估算出的响应与实际系统的测量响应的比较来更新数值模型的系统参数。该参考模型现在用于预测系统的响应并且还用于修改控制器的参数，如在图2中示出的。然而，该基于参考模型的控制算法的实施要求非常复杂的计算处理器，并且其成功也取决于经更新的模型参数及其准确建模的收敛速率。此外，这种具有复杂系统数值模型的控制算法对于系统的高性能实时控制是不可行的，因为对于系统的高性能实时控制，假设伺服响应具有10-100毫秒的延时，必须将R1、R2和R3考虑在内。相应地，在图1和图2中图示的现有控制算法基本上是“后见之明的”控制系统。
因此，本领域中需要提供对一个或多个上文所述问题的解决方案。已发现本发明能够以独特且经济的方式来解决上文提到的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种大体上克服上文提到的缺点的系统。
本实施例的主要目的是提供通过考虑样本的实时刚度校正来测试样本的系统和方法。
本实施例基于连续预测系统响应计算。这与基于“后见之明的”系统响应的现有技术方法形成对照。因此，本实施例涉及连续地评估系统有可能对当前伺服输出做出响应并且适当地更新PID增益的方式。这是为了不仅确保对命令信号的响应的高保真度，而且确保命令与反馈之间的相位滞后的趋于零的显著减小。本实施例仅仅使用PID控制系统的基本测量值，而不用求助于系统的附加测量变量和/或数值模型，这与现有技术方法中所需要的不同。
本实施例涉及一种用于预测系统响应(刚度)的方法，该方法将考虑在大范围的载荷水平和频率下变化的系统和样本参数，并且估计对控制元件的修正输入以便使得在向系统施加期望输入载荷时维持高保真度。本实施例不需要从应变或者致动器行程反馈来评估瞬时系统刚度。实际上，除了需要被伺服控制的反馈之外，其不需要任何反馈。本实施例涉及预测系统响应评估而不是“后见之明的”系统响应评估并且因此实际上消除了伺服响应中的延时。进一步地，本实施例不需要除了当前控制反馈之外的任何反馈测量。具体地，行程或者变形/应变反馈与载荷控制的质量无关。本实施例能够在不作变化的情况下容易地从单通道控制系统扩展至多通道控制系统，因为除了单个通道上的当前反馈和命令之外，不需要其它参数来驱动对于该通道的控制算法。
本实施例基于PID增益的连续校正，但不用求助于估计
Figure GDA0002213290460000041
使该实施例进行操作所需要的唯一测量是当前反馈读数(无论是力、应变还是位置)。所需要的PID增益校正是在具有“前瞻”能力的“预测”基础上执行的，因而允许与使用常规方式能够到达的质量相比更高的伺服控制的质量。
附图说明
本发明的优点和特征将从参照附图的如下描述中变得更加显而易见，附图仅仅被给出作为非限制性示例，并且在附图中：
图1示出了考虑到可变样本刚度的典型测试系统中的控制方案的框图；
图2示出了考虑到可变系统参数的另一典型测试系统中的控制方案的框图；
图3示出了根据本文的实施例的测试系统中的控制方案的框图；
图4是根据本文的实施例的用于生成图3的驱动信号的流程图；
图5示出了根据本文的实施例的伺服液压测试系统；
图6A至图6C示出了使用表格3中列出的控制方案，在没有外部干扰的情况下，对于缓慢循环载荷控制的顶部致动器位移和载荷相对于时间的时间历史；
图7示出了在载荷情况下作为外部干扰SED1(表格4)的底部致动器位移的时间历史；
图8A至图8C示出了使用表格3中列出的控制方案，如在图6中示出的，在第一外部干扰SED1存在的情况下，对于缓慢循环载荷控制的顶部致动器位移和载荷的时间历史；
图9A至图9C示出了使用表格3中列出的控制方案，在没有外部干扰的情况下，顶部致动器位移和载荷针对第一动态载荷情况DY1的时间历史；
图10示出了在载荷情况下作为外部干扰DED1(表格6)的底部致动器位移的时间历史；
图11A至图11C示出了使用表格3中列出的控制方案，顶部致动器位移和载荷针对载荷情况DED1的时间历史；
图11D至图11F分别示出了图11A至图11C的特写图；
图12示出了一测试台，在其上实施所提出的控制方案以便展示对飞机翼状阶梯结构上的载荷的模拟，其中，悬臂翼结构上的分布载荷是使用多个致动器来同时地施加和控制的；
图13示出了如在图12中图示的翼状结构上通过所有致动器同时施加的分布载荷的测量。
具体实施方式
本文将在下面参照附图对本发明进行描述。本文描述了用于通过考虑系统参数来测试样本的系统和方法。
如下描述仅仅是本发明的示例性实施例，并且并不限制本发明的范围、适用性或者配置。相反，如下描述意在提供适宜的解说以实施本发明的各个实施例。如随后将变得显而易见的，在不背离如本文所陈述的本发明的范围的情况下，可以对在这些实施例中描述的结构/操作特征的功能和布置做出各种改变。应理解，本文的描述可以适于与替代配置的装置一起使用，这些替代配置的装置具有不同形状部件等并且仍落在本发明的范围内。因此，本文的详细描述仅仅被给出用于解说的目的而非限制的目的。
图3示出了根据本文的实施例的用于测试样本302的测试系统300的框图。测试系统300包括求和节点304、控制器306、驱动单元308，以及致动器310。求和节点从样本302接收输入命令r(t)和反馈y(t)并且计算误差[e(t)＝r(t)-y(t)]。误差e(t)被馈送至控制器306，并且控制器306生成被馈送至驱动单元308的驱动信号c(t)(出于解说和描述的目的，驱动单元被看作是伺服驱动器，伺服驱动器可以是电动伺服驱动器或者液压伺服阀或者用于驱动致动器的任何元件。然而，在此提出的本方法可以在用于驱动驱动单元以测试样本的任何测试系统中进行实施)。驱动单元308将驱动输出v(t)释放至致动器310，致动器310将力u(t)给予样本302。样本302经受力y(t)，力y(t)被测量并且作为反馈被馈送回到控制器306和求和节点304。控制器306基于一控制方法来生成驱动信号c(t)，该控制方法涉及：(i)比例；(ii)积分；(iii)反馈微分；(iv)前馈；以及(v)抖动分量。表格1提供了这些分量中的每一个和源自这些基本分量的分量的模拟和数字形式。图4是根据本文的实施例的用于生成图3的驱动信号的流程图。
表格1
Figure GDA0002213290460000061
Figure GDA0002213290460000071
SC(t)：刚度校正的PIDF伺服输出，即，S(t)＝P(t)+I2(t)+D(t)+F(t)，分别涉及比例分量、积分分量、微分分量，以及前馈分量；R(t)：表观柔韧性；TD：微分时间常数；A(t)：伺服输出的衰减分量；I(t)：静态零分量；DI(t)：抖动分量。
表格2
Figure GDA0002213290460000072
Figure GDA0002213290460000081
注释：增益常数的值是通过对样品线性样本的基本手动调节来获得。
在表格1中，前馈分量是为了控制方案(本发明)的完整性而被表达，如若不然通过设置KF＝0来将其维持为零。表格2给出了在表格1和图3中使用的变量的定义。PID方案的常规实施通常包括四个分量等式1-4。常规方案中的前馈分量通常用于减小命令与反馈之间的相位滞后。由于任何预测方案固有的前馈倾向，所以本发明使得该分量冗余。然而，为了描述本实施例，仍保留该分量，但将其设置为零。本实施例参数R(t)在等式6中获得，从反馈微分和伺服输出S(t)计算得出。参数R(t)通过加上预测系统响应分量并且由对于预测系统响应的增益因子调节来修正控制器306的输出：S(t)，如在表格1中的等式7中示出的。表格1中的等式6的预测(前瞻)性质延伸至一时间帧，该时间帧被给定作为伺服驱动响应的延时、致动器响应的延时，以及系统机械响应的延时的总和，不包括与反馈测量和伺服输出计算相关联的延时。这是因为通过表格1中的等式5计算出的伺服输出分量的结果只有在所陈述的延时总和之后才能实际被看到。因此，被计算作为该分量和最新测量微分反馈的二元函数的系统响应本质上是预测性的，这是因为其不仅考虑瞬时系统刚度，而且考虑伺服驱动器本身的与非线性特征、迟滞现象、伺服液压系统的油压缩系数等相关联的响应的潜在变化。由等式6给出的预测系统响应参数当作为增益校正被引入到等式7中时以考虑系统响应的预期变化的方式有效地校正系统的伺服响应。然后针对伺服致动器响应的潜在偏差对该输出进行校正(与如在表格1的等式8中示出的不等截面单端伺服液压致动器的情况下一样)，通过预设的和用户定义的系统增益常数使其进行衰减(如在表格1的等式9中)并且使其与伺服零分量和抖动分量进行求和[表格1的等式10]以便最终将其作为输入被馈送至驱动单元308。
图5示出了根据本文的实施例的伺服液压测试系统。测试系统500具有两个同轴致动器，即是说，顶部致动器504和底部致动器506。顶部致动器504装有力传感器和位移传感器512。顶部致动器504被训练以验证针对承靠在底部致动器506的样本502的载荷控制。底部致动器506在行程控制下独立地操作以便模拟由顶部致动器504感知到的随机可变系统刚度，包括作为系统刚度的变化的极端情况。压板508和510分别被紧固至致动器504和506。样品样本502(在图中被示出作为压缩弹簧)被布置在这些压板508和510之间。顶部致动器504被用于在样本502上施加受控的期望载荷。底部致动器506被用于就位移而言形成外部干扰。因此，在各种控制方案(在表格3中列出)下，对顶部致动器进行测试以测试其在存在来自底部致动器的循环或者随机位移干扰的情况下控制期望静态载荷或者动态载荷的能力，将其进行比较以便表明本实施例的控制方案优于现有技术(见表格3)。注意，在下文描述的所有情况下，当采用预测系统响应方案时，前馈分量被设置为零。
在没有且同样在存在由底部致动器506引入的动态位移干扰的情况下在控制通过顶部控制器504施加的准静态载荷方面，对本实施例的有效性进行研究。下文在图6至图11中提供的记录及其对应的描述示出了本发明的实施例在再现期望载荷波形的逆转期间克服粘滑和摩擦的影响的能力。
图6A至图6C示出了使用表格3中列出的控制方案，在没有外部干扰的情况下，对于缓慢循环载荷控制的顶部致动器位移和载荷的时间历史的图表。
表格3
控制方案 描述
方案-1 仅仅为PID控制
方案-2 具有刚度校正的PID控制
方案-3 具有预测系统刚度校正的PID控制
图6A至图6C分别示出了顶部致动器504利用控制方案-1(图6A)、方案-2(图6B)和方案-3(图6C)对恒速的缓慢循环载荷(平均值-2.0kN、振幅0.5kN并且频率0.25Hz)的控制。可以注意到，在这些图6A(a)、图6B(a)和图6C(a)中，具有短划线(---)和点划线(…)的曲线分别表示载荷命令和载荷反馈，并且图6A(b)、图6B(b)和图6C(b)表示顶部致动器504的位移反馈。我们看到，在逆转期间在图6A(a)中注意到的控制问题在图6B(a)中减小，此外，在图6C(a)中，我们看到更好相位控制以及高保真度命令波形跟踪。
在存在干扰的情况下的静态载荷
在本节中，在此我们示出了在表格3中列出的控制方案在存在由底部致动器506在样本502上施加的各种动态干扰的情况下通过顶部致动器504在样本502上施加期望载荷的表现。表格4示出了在需要顶部致动器504以施加恒速的缓慢循环载荷(平均值-2.0kN、振幅0.5kN并且频率0.25Hz)时由底部致动器施加的干扰载荷情况(SED1)的参数。在一组两个图表中总结了每种测试情况的结果(例如，图7指的是由底部致动器506施加的外部干扰SED1的时间历史，并且图8A至图8C分别示出了顶部致动器504根据控制方案-1(图8A)、方案-2(图8B)以及方案-3(图8C)在存在外部干扰SED1的情况下在控制期望静态循环载荷方面的表现)。在此同样，图8A(a)、图8B(a)和图8C(a)中具有短划线和点划线的曲线分别表示载荷命令和载荷反馈，并且图8A(b)、图8B(b)和图8C(b)表示顶部致动器504的位移反馈。我们看到，所提出的实施例在存在各种动态干扰的情况下在施加期望静态载荷上的有效性优于现有技术。下面示出的表格4提供了强加于底部致动器上的干扰载荷情况。
表格4
Figure GDA0002213290460000101
动态载荷
在此，在本节中，考虑了所提出的控制方案在没有外部干扰动态性质和存在外部干扰动态性质的情况下在通过顶部控制器504控制在样本502上施加的动态循环载荷方面的有效性的展示。在此，目的在于示出本实施例在克服由于在以高保真度控制期望载荷时的惯性和耗散引起的载荷的影响方面的有效性，即使当样本的几何和材料属性由于外部干扰而发生改变时也如此。
在没有干扰的情况下的动态载荷
在此同样，在本节中，在没有外部干扰的情况下对控制方案1-3在控制动态循环载荷方面的性能进行研究。曲线的细节以及其区别保持相同。下面的表格5示出了动态载荷情况(DY1)，针对该动态载荷情况(DY1)对控制方案1-3的有效性进行了研究。图9A至图9C分别对应于针对具有3.0Hz的频率的动态载荷情况DY1从控制方案1-3获得的结果。在控制1-25Hz的范围内的动态载荷方面，用控制方案-3的本发明也优于其它两个控制方案。
表格5——在没有外部干扰的情况下强加于顶部致动器上的动态载荷情况。
表格5
Figure GDA0002213290460000111
在存在干扰的情况下的动态载荷
在本节中，对控制方法1-3在存在(通过底部致动器506引起的)干扰载荷的情况下在控制(通过顶部致动器504)在样本502上施加的期望载荷方面的性能进行了比较。在表格6(如下面示出的)中总结了载荷情况(DED1)。在一组两个图中显示了与该载荷情况相对应的结果。例如，对于载荷情况DED1，第一图(图10)对应于来自底部致动器506的干扰的时间历史，并且其余三个图(图11A至图11C)分别对应于由控制方法1-3控制的期望载荷的时间历史。图11D至图11F对应于图11A至图11C的放大窗口。从这些图中可以得出如下结论：在动态条件下，控制的质量以及给出期望载荷控制波形的保真度会受益于本发明的使用。下面的表格6提供了在存在外部干扰的情况下强加于顶部致动器504上的动态载荷情况。
表格6
Figure GDA0002213290460000112
Figure GDA0002213290460000121
在所有研究的情况中，很明显，与常规PID控制方法相比，实时刚度校正能提供显著改善。进一步地，很明显，本实施例在实时刚度校正的伺服控制的质量方面提供了细小但明显的改善。然而，这是在不需要实时刚度计算的情况下连同致动器行程反馈的相关联要求一起来实现的。这强调了在计算系统响应并且以预测方式来这样做时使用来自伺服输出计算的分量的重要性。
针对动态载荷的飞机机翼测试
图12示出了一测试台，在其上实施所提出的控制方案以便展示对飞机翼状阶梯结构上的载荷的模拟，其中，悬臂翼结构上的分布载荷是使用多个致动器来同时地施加和控制。测试台包括致动器(1-8)、T形槽床(9)、与翼结构刚性地连接的支撑柱(10)，以及由在纵向方向上的三个工字型梁和在横向方向上的九个C型梁建造而成的翼结构(11)。图13示出了所提出的控制方案在通过按照受控方式同时施加分布载荷来模拟翼结构上的期望载荷方面的有效性。所施加的分布载荷的细节如表格7中所示。
表格7
Figure GDA0002213290460000122
用于测试样本的测试系统和方法的本实施例有助于：
a、使用所计算出的伺服输出的主要分量来连续地预测预期系统响应。
b、除了被控制的一个反馈之外，不需要测量任何反馈。例如，针对载荷控制不需要测量位置反馈。
c、对预测系统响应的计算不需要任何复杂的系统数值模型。
d、伺服控制所需要的所有计算都局限于所涉及的通道。这容许：(i)在不用测量每个致动器的位移的情况下进行多通道载荷控制测试(例如，针对飞行载荷的多致动器飞机机翼测试)；以及(ii)在不需要进行力或者压力测试的情况下进行多轴振动台测试(例如，在地震载荷下测试民防结构以便测量比如刚度等系统参数)。
e、由于预测系统响应函数不包括任何附加测量参数(除了控制反馈之外)或者其导数，所以使得伺服控制的质量不受该反馈通道的信号噪声的影响。这是很重要的，尤其是在较高测试频率下。
f、由于伺服输出校正是基于预测响应特性，所以可以在不用如常规PIDF方案那样求助于前馈方案的情况下消除控制与反馈之间的相位滞后。
g、由于预测系统响应计算会考虑包括但不限于瞬时系统刚度的参数，所以该方案即使在位置控制下也可以通过改善位置波形保真度和消除相位滞后来改善伺服响应响应。
h、这本质上是一种自动调节系统，其能够考虑系统响应中的连续变化并且因而使得手动调节冗余。
i、通过预测系统响应追踪对伺服响应中的延时的实质性消除会容许多通道伺服控制系统上的最大测试频率的显著增加，飞机结构的全面测试就如此。
应理解，上述描述意在是图示性的并且没有限制性。对于本领域的技术人员而言，在阅读并理解了上述描述之后，许多其它实施例将变得显而易见。尽管已经参照特定示例性实施例描述了本发明，但将意识到，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求书的精神和范围内进行修改和更改。相应地，说明书和附图应按照图示性含义而不是限制性含义来进行理解。因此，本发明的范围应该参照所附权利要求书连同这些权利要求的等效物的完整范围来确定。

Claims (15)

1.一种用于测试样本的测试系统，所述测试系统包括：
顶部致动器，所述顶部致动器用于向样本施加受控制的期望载荷；
底部致动器，所述底部致动器用于通过改变所述样本的位移来形成外部干扰；
驱动单元，所述驱动单元连接至所述致动器；
控制器，所述控制器连接至所述驱动单元，其中，所述控制器基于从所述样本接收到的反馈和在输入命令与所述反馈之间得到的误差来生成用于所述驱动单元的驱动信号；
其中，所述控制器通过补偿由于所述测试系统和所述样本的非线性响应而被引入的变化的系统参数来生成所述驱动信号，并且其中，所述控制器不需要：(i)除了从所述样本接收到的所述反馈之外的附加测量变量，以及(ii)所述测试系统和所述样本的用于补偿所述变化的系统参数的数值模型或者参考模型。
2.根据权利要求1所述的测试系统，其中，所述顶部致动器装有力传感器和位移传感器两者，所述力传感器和所述位移传感器被训练以验证对于承靠在所述底部致动器的所述样本的载荷控制，其中，所述底部致动器在行程控制下独立地操作以便模拟由所述顶部致动器感知到的随机变化系统刚度。
3.根据权利要求1所述的测试系统，所述测试系统进一步包括：
压板，所述压板连接至所述顶部致动器和所述底部致动器的自由端，其中，所述样本被布置在所述压板之间。
4.根据权利要求1所述的测试系统，其中，所述变化的系统参数包括：
第一参数，所述第一参数是由于在几何尺寸和材料属性上经历变化的所述样本而被引入；
第二参数，所述第二参数是由于控制元件之间的导致不足载荷的能量耗散而被引入；以及
第三参数，所述第三参数是由于用于向所述系统添加能量从而导致过载或者控制不稳定的所述致动器的结构相互作用而被引入。
5.根据权利要求1所述的测试系统，其中，所述控制器适于基于如下等式来计算第一输出：
S(t)＝Ksc(P(t)+I2(t)+D(t)+F(t))
其中，KSG是所述测试系统的增益，P(t)是比例增益，I2(t)是积分增益，并且D(t)是反馈微分增益，并且F(t)是前馈增益。
6.根据权利要求5所述的测试系统，其中，所述控制器适于基于所述第一输出使用如下等式来计算预测系统响应参数R(t)：
R(t)＝f[S(t-TD)，Δy(t-TD)]
其中，TD是微分时间常数，并且y(t)是所述反馈。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其中，所述控制器适于基于如下等式使用所述预测系统响应参数来计算第二输出SC(t)：
SC(t)＝S(t)[1+KsR(t)]
其中，KS是关于预测柔韧性比率的增益因子。
8.根据权利要求7所述的测试系统，其中，所述控制器适于基于如下等式来生成所述驱动信号：
C(t)＝A(t)+I(t)+DI(t)
其中，A(t)是所述第二输出SC(t)的衰减分量；I(t)是静态零分量；DI(t)是抖动分量。
9.一种用于通过考虑测试系统中的刚度对控制器的增益进行连续校正的方法，所述方法包括：
接收输入命令；
基于所述输入命令和从样本接收到的反馈来确定误差；
生成用于所述测试系统的驱动单元的驱动信号，其中，所述生成所述驱动信号包括：
通过使用所述误差来计算比例增益、积分增益、反馈微分增益、以及前馈增益中的至少一个，
基于所述比例增益、所述积分增益、所述反馈微分增益、以及所述前馈增益中的至少一个来计算第一输出，
基于所述第一输出和所述反馈来计算预测系统响应参数，
基于所述预测系统响应参数和所述第一输出来计算第二输出，
处理所述第二输出以便获得经处理的输出，以及
基于所述积分增益、抖动分量和所述经处理的输出来生成所述驱动信号；以及
将所述驱动信号馈送至所述测试系统的所述驱动单元；
其特征在于，
提供用于在所述样本上施加受控制的期望载荷的顶部致动器；以及
提供用于通过改变所述样本的位移来形成外部干扰的底部致动器。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，对所述第二输出的所述处理包括：
针对由于所述测试系统中的致动器的响应而形成的潜在偏差来校正所述第二输出；
在针对所述潜在偏差校正了所述第二输出之后通过系统增益常数来衰减所述第二输出。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述预测系统响应参数是基于所述第一输出和所述反馈的微分分量来进行计算。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第一输出是基于如下等式来进行计算：
S(t)＝KSG(P(t)+I2(t)+D(t)+F(t))
其中，KSG是所述测试系统的增益，P(t)是比例增益，I2(t)是积分增益，并且D(t)是反馈微分增益，并且F(t)是前馈增益。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述预测系统响应参数R(t)是使用如下等式基于所述第一输出来进行计算：
R(t)＝f[S(t-TD)，Δy(t-TD)]
其中，TD是微分时间常数，并且y(t)是所述反馈。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述第二输出SC(t)是基于如下等式使用所述预测系统响应参数来进行计算：
SC(t)＝S(t)[1+KsR(t)]
其中，KS是关于预测柔韧性比率的增益因子。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述驱动信号是基于如下等式来生成：
C(t)＝A(t)+I(t)+DI(t)
其中，A(t)是所述第二输出SC(t)的衰减分量；I(t)是静态零分量；DI(t)是抖动分量。
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