地震模擬振動臺的研制.pdf

1、地震模擬振動臺是地震工程研究中非常重要的實驗設(shè)備。它可以按照人們的需要,或者模擬地震的再現(xiàn),或者進行某種特定的振動,而被試驗的結(jié)構(gòu)模型的反應(yīng),經(jīng)相似換算后,可以作為原型在真實地震下的反應(yīng),以便進行結(jié)構(gòu)抗震措施、減震或者避震措施的研究。隨著技術(shù)的發(fā)展,結(jié)構(gòu)模型向小型化、精確化方向發(fā)展,中小功率振動臺將得到更廣泛的應(yīng)用。國內(nèi)的地震模擬振動臺主要采取液壓驅(qū)動,污染大、建設(shè)成本高,而現(xiàn)有的電機驅(qū)動地震模擬振動臺卻主要來自進口,價格高、開放性低、

2、控制性能差。為此,本文應(yīng)用伺服電機控制技術(shù),研制了一套電機伺服地震模擬振動臺,具有開放性強、造價低的特點。本文主要對地震模擬振動臺的系統(tǒng)設(shè)計、振動臺性能和再現(xiàn)地震波的功能進行了研究。本文根據(jù)設(shè)計指標,完成了電機伺服地震模擬振動臺系統(tǒng)的機械系統(tǒng)研制和控制系統(tǒng)設(shè)計,利用Matlab完成了最優(yōu)PID控制器的設(shè)計,通過進行振動臺階躍響應(yīng)實驗,驗證了最優(yōu)PID控制器設(shè)計的合理性。進行了振動臺正弦響應(yīng)實驗,通過振動臺傳感器系統(tǒng)的測試,驗證了振動臺跟

3、蹤正弦激勵信號的準確性。完成了伺服驅(qū)動器的差動輸入位置控制模式、模擬量電壓增益式速度控制模式、模擬量電壓增益式力矩控制模式三種實驗,證明了振動臺系統(tǒng)具有很高定位控制精度,得到了在小幅值控制電壓輸入下,電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩隨控制電壓的變化而線性變化的結(jié)論,為振動臺調(diào)試時選擇補償電壓提供了依據(jù)。并通過進行基于土木一階Benchmark剪切模型的掃頻實驗,對比該標準模型的固有頻率,驗證了振動臺對結(jié)構(gòu)模型掃頻分析的正確性。為了真實再現(xiàn)地震波,對三條