地震模拟振动台控制技术及软件研究
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地震模拟振动台系统操作说明与实验数据分析详解
10
地震模拟振动台简介（SVT Introduction）
发展过程 （Development process）
地震模拟振动台的发展始于六十年代末期，是在野外强震
试验不能满足研究需要；
主要有三个方面特征：
1、波形 2、振动方向 3、控制方式
此外，日本最早开展研究，具有世界最大规模的地震台；
中国研制开发地震模拟振动台始于七十年代末期，虽有取 得一定成功，但未形成规模；美欧等国在伺服控制技术具 有领先优势。
9
地震模拟试验室构成(Composition of Lab)
地震模拟振动台是一项综合有土建、机械、液压、电子、 计算机技术、控制技术和振动量测技术的系统工程。 要建成地震模拟振动台，必须还要有配套的试验室，包括： 1． 安装地震模拟振动台主体的基础； 2． 放置地震模拟振动台和基础的试验大厅； 3． 试验大厅中配备有安装及运送试件的起重设备； 4． 有控制室，放置地震模拟振动台控制系统； 5． 安装液压源的油源室； 6． 放置量测仪器和进行数据处理室； 7． 强电配电室，主要供液压源用电； 8． 供液压源冷却的水供应系统，包括供水池、冷却塔等。
位移
MTS
部分 MTS
全套MTS,台面 首钢制造，目 前正在调试
部分控制自制
三参
工作频率高，
量反 Schenck 正准备升级控
馈
制
三参
部分部件由国
量反 MTS 内红山厂配
馈
套，运行良好
共用油源， 位移 Schenck Schenck作动
器，其余自制
自制
红山
设备开发能力 强，全套国产
MTS 另有2*6m滑台
Seismic testing study
地震模拟振动台简介（SVT Introduction）
发展过程 （Development process）
地震模拟振动台的发展始于六十年代末期，是在野外强震
试验不能满足研究需要；
主要有三个方面特征：
1、波形 2、振动方向 3、控制方式
此外，日本最早开展研究，具有世界最大规模的地震台；
中国研制开发地震模拟振动台始于七十年代末期，虽有取 得一定成功，但未形成规模；美欧等国在伺服控制技术具 有领先优势。
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地震模拟试验室构成(Composition of Lab)
地震模拟振动台是一项综合有土建、机械、液压、电子、 计算机技术、控制技术和振动量测技术的系统工程。 要建成地震模拟振动台，必须还要有配套的试验室，包括： 1． 安装地震模拟振动台主体的基础； 2． 放置地震模拟振动台和基础的试验大厅； 3． 试验大厅中配备有安装及运送试件的起重设备； 4． 有控制室，放置地震模拟振动台控制系统； 5． 安装液压源的油源室； 6． 放置量测仪器和进行数据处理室； 7． 强电配电室，主要供液压源用电； 8． 供液压源冷却的水供应系统，包括供水池、冷却塔等。
位移
MTS
部分 MTS
全套MTS,台面 首钢制造，目 前正在调试
部分控制自制
三参
工作频率高，
量反 Schenck 正准备升级控
馈
制
三参
部分部件由国
量反 MTS 内红山厂配
馈
套，运行良好
共用油源， 位移 Schenck Schenck作动
器，其余自制
自制
红山
设备开发能力 强，全套国产
MTS 另有2*6m滑台
Seismic testing study
地震模拟振动台及模型试验研究进展
地震模拟振动台及模型试验研究进展1. 本文概述随着城市化进程的加快和建筑工程技术的不断发展，地震灾害对人类社会的威胁日益凸显。
为了提高建筑结构的抗震能力，减少地震灾害造成的人员伤亡和经济损失，地震模拟振动台及模型试验研究成为了工程抗震领域的重要研究方向。
本文旨在综述地震模拟振动台及模型试验的研究进展，分析现有技术的优缺点，探讨未来发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考。
地震模拟振动台作为一种重要的试验设备，可以模拟地震波对建筑物的影响，为研究者提供一种可控、可重复的实验手段。
模型试验则是将实际建筑结构按比例缩小，通过模拟地震作用下的响应，来研究结构的抗震性能。
这两者的结合为抗震研究提供了强有力的技术支持。
本文首先介绍了地震模拟振动台的工作原理和技术特点，然后对近年来国内外在模型试验方面的研究进行了梳理，包括试验方法、试验对象和试验结果等方面的内容。
接着，本文分析了当前研究中存在的问题和挑战，如模型与原型之间的相似性、试验数据的准确性等。
本文探讨了地震模拟振动台及模型试验的未来发展趋势，包括技术革新、数据分析方法的改进以及与其他抗震技术的结合等方面。
2. 地震模拟振动台技术概述定义：地震模拟振动台是一种用于模拟地震作用的实验设备，通过在实验模型上施加特定的振动，来模拟地震时的地面运动。
原理：振动台通过驱动系统产生可控的振动波形，这些波形可以模拟实际的地震波形或特定的地震动参数。
综合模拟环境：结合温度、湿度等环境因素，进行更全面的地震模拟。
3. 地震模拟振动台的发展历程地震模拟振动台的发展可以追溯到20世纪初。
最初，地震模拟振动台主要用于建筑结构的抗震性能研究。
早期的振动台设备简单，只能模拟一维地震波，且模拟的地震波频率范围有限。
这些早期的尝试为后来的研究奠定了基础。
20世纪50年代，随着电子技术和材料科学的发展，地震模拟振动台进入了快速发展阶段。
这一时期的振动台设备开始能够模拟多维地震波，频率范围也得到扩大。
单向水平地震模拟振动台基础设计与施工研究
单向水平地震模拟振动台基础设计与施工研究摘要：水平地震是世界范围内最为常见的自然灾害之一，对建设和生活产生的影响非常大。
因此，针对建筑结构的抗震设计已成为一项非常重要的任务。
在此背景下，单向水平地震模拟振动台技术应运而生。
单向水平地震模拟振动台可以模拟地震作用对建筑物结构的影响，并通过实验验证建筑结构的抗震性能。
本文主要对单向水平地震模拟振动台基础的设计和施工进行研究。
在设计和施工过程中，应充分考虑基础的抗震性能和稳定性，并采取合适的措施确保其安全可靠。
本文对单向水平地震模拟振动台基础的设计和施工进行了探讨，旨在为建筑抗震设计提供有用的参考。
关键词：水平地震模拟振动台，基础设计，基础施工，抗震性能，稳定性正文：1.引言随着现代社会的快速发展，建筑结构的抗震性能越来越受到重视。
特别是在地震频发的亚洲地区，建筑抗震设计已成为一项非常重要的任务。
然而，由于地震的复杂性，建筑的抗震设计非常困难，需要进行大量的实验验证。
在这方面，单向水平地震模拟振动台技术应运而生。
单向水平地震模拟振动台可以模拟地震作用对建筑物结构的影响，并通过实验验证建筑结构的抗震性能。
因此，单向水平地震模拟振动台已成为现代建筑抗震设计的重要工具。
2.单向水平地震模拟振动台基础的设计原则单向水平地震模拟振动台基础设计的主要目的是确保其抗震性能和稳定性。
在设计基础时，应采取以下原则：2.1 基础设计应充分考虑地震作用。
地震作用是设计基础的首要考虑因素。
在设计过程中，应根据模拟实验计划确定模拟地震波的种类、频率和振幅，以便确定基础的尺寸、形状和刚度。
2.2 基础应具备一定的自定位能力。
在地震过程中，模拟振动台会发生一定的滑动和旋转。
因此，基础要设计成具有一定的自定位能力，以在地震过程中保证模拟振动台的稳定性。
2.3 基础应具备一定的储能能力。
在地震过程中，基础要能够储存一定的能量，对地震作用产生一定的缓冲作用，以减小对模拟振动台的损坏。
2.4 基础应具备一定的可靠性。
地震模拟振动台台阵控制技术的研究与发展
地震模拟振动台台阵控制技术的研究与发展纪金豹*，李芳芳，李振宝，孙丽娟(北京工业大学 工程抗震与结构诊治北京市重点实验室，北京 100124)摘要 地震模拟振动台台阵系统是一种重要的结构动力试验设备，其控制技术是国际范围内结构实验技术领域的重要研究方向。
本文简要介绍了地震模拟振动台及多振动台台阵系统的历史发展和现状，以北京工业大学九子台台阵系统为例，对振动台台阵控制系统的功能、特点进行了总结和介绍。
并重点分析和探讨了多振动台台阵系统的控制技术的相关研究与发展。
本文研究工作对于开展振动台相关控制技术和振动台混合试验技术的研究具有一定的参考价值。
关键词 地震模拟振动台，振动台台阵，控制技术，结构试验Research and development on the control technology of the multipleshaking tables array systemJI Jinbao *, LI Fangfang, LI Zhenbao, SUN Lijuan(Beijing Key Laboratory of Earthquake Engineering and Structural Retrofit ，Beijing University of Technology ，Beijing 100124，China)Abstract Multiple shaking tables array is a kind of dynamic structural test equipment and the control technologiesof it is an important research focus in the field of structural test all the world. The historical development and current status of the shaking table and multiple shaking tables array system were briefly introduced in this paper. And then, the research and development of the control of multiple tables array were analyzed and discussed. Especially, choosing the large-scale shaking tables array with nine sub-tables constructed and installed in the Civil Engineering Experiment Center of the Beijing University of Technology as an example, the functions and features of multiple tables control system were summarized and studied. A certain reference value of this paper was expected on the related studies of the shaking table control technology and hybrid testing techniques based on the shaking tables.keywords shaking table, multiple shaking tables array, control, structural test收稿日期：2012-07-10基金项目：国家自然科学基金资助项目(90715010)*联系作者，Email: jinbao@1 引言地震模拟振动台是地震工程研究中的重要试验设备之一。
地震模拟振动台的发展及应用
地震模拟振动台的发展及应用赵晶【摘要】论述了地震模拟振动台的发展过程、发展趋势以及应用领域,介绍了四川省地震局正在研制建设中的地震虚拟仿真运动平台系统的基本情况,对其技术方案、系统构成、主要性能指标进行了详细阐述.【期刊名称】《四川地震》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】3页(P38-40)【关键词】地震模拟振动台;地震虚拟仿真运动平台系统;发展及应用【作者】赵晶【作者单位】四川省地震局,四川成都610041【正文语种】中文【中图分类】P315.821 地震模拟振动台的发展过程最初的抗震试验研究主要在室外进行，是将强震观测仪器设置在地震区的房屋等结构上，等地震到来时观测记录房屋结构在强地震作用下的反应。
由于强地震稀少，靠在地震区建筑物上进行强地震观测来获取地震反应的数据机会非常少，且实验周期长，满足不了抗震研究的发展需要。
最初想用计算分析方法来进行抗震试验研究，但是结构进入非线性区后的数学模型难以给出。
因而，提出了将房屋结构放到实验室里来进行抗震试验的构想，由此地震模拟振动台在20世纪60年代末应运而生了。
地震模拟振动台系统最早出现在日本，1966年东京大学生产技术研究所建成了世界上第一台正弦振动台［1］。
目前，日本主要有日立和三菱两大生产厂家生产振动台，此两家都是国际上知名的机械、电子制造业的大公司，实力很强。
20世纪70年代末开始了三向六自由度地震模拟振动台的研制，日立公司、三菱公司均已成功完成。
美国制造振动台最主要的厂家为MTS公司。
MTS公司自1968年生产出第一台3.65 m×3.65 m单向地震模拟振动台后，这方面的发展很快，MTS 公司现已成为世界上主要的振动台建造厂家之一［2］。
此外，尚有美国的Wyle公司、日本的鹭宫制造所、德国的SCHENCK公司等均可承建地震模拟振动台。
国内生产振动台比较有名的厂家是天水红山试验机厂，并已为国内多家学校、科研单位承建了多台地震模拟振动台［1-3］。
振动台设计及其应用研究
振动台设计及其应用研究振动台是一种常用的实验设备，广泛应用于工程、地震学、材料力学等领域。
本文将从振动台的基本原理、设计要点、应用研究等方面进行论述。
一、振动台的基本原理振动台的基本原理是利用电机产生的振动力将被试体或模型等放置在振动台上，通过改变振动台的运动特性来模拟实际工程或地震等振动环境。
振动台的振动特性可以用振幅、频率和相位等参数来描述。
振幅是指振动台的最大位移，可以通过改变电机转速和设定控制参数来调整。
频率是指振动台振动的周期性，可以通过改变电机转速和调整振动台的固有频率来控制。
相位是指振动台与外界振动源的时间关系，通常在实验中需要与外界振动源进行同步。
二、振动台的设计要点1. 动力系统设计: 振动台的动力系统一般由电机、传动装置和悬挂装置等组成。
合理选择和设计这些装置对于振动台的性能有着重要影响。
例如，电机的功率和转速需要满足振动台所需的振动力和频率要求，传动装置需要保证电机的振动动力传递到振动台上，悬挂装置需要提供足够的支撑和稳定性。
2. 控制系统设计: 振动台的控制系统一般由控制器和传感器等组成。
控制器负责调节振动台的振动特性，传感器负责感知振动台和被试体的振动状态。
合理选择和设计这些装置对于振动台的控制精度和稳定性至关重要。
3. 结构设计: 振动台的结构设计需要考虑振动台的载荷条件和材料选择等因素。
振动台的结构应具备足够的刚度和强度，以承受工作载荷和外界振动引起的应力。
材料的选择应考虑其阻尼性能和抗振性能等因素。
三、振动台的应用研究1. 工程领域中的应用: 振动台在工程领域中被广泛用于模拟结构的振动响应和工作环境下的振动载荷。
通过在振动台上进行振动试验，可以评估结构的稳定性和安全性，优化结构设计并验证结构的可靠性。
2. 地震学研究中的应用: 振动台在地震学研究中扮演着重要角色。
地震模拟试验是研究地震波作用下结构响应的重要手段之一。
通过模拟地震波的载荷和振动台的运动，可以研究结构的抗震性能，提出抗震设计的建议。
结构实验技术_地震模拟振动台试验2
4、输入波形
地震模拟振动台试验的主要目的是检验 结构在遭遇地震时的性能。一般要求振动台 能够模拟地震地面运动，输入的振动波形应 为不规则的地震波。此外，振动台可以用来 对结构施加各种振动激励，输入的波形还包 括正弦波、三角波等规则波，以及随机的不 规则白噪声波等。
建设单位
中国建筑±1.2 X：±1000 X：±100
三向六自由度 4*4 10 25 Y：±0.8 Y：±600 Y：±50 0~50
Z：±0.7 Z：±600 Z：±50
三向六自由度 3*4 3 12 X：±1.3 X：±600 X：±125 3.4~40 250
X：±1.0 X：±600 X：±80
一、概论
3、优点：可以真实的反应结构实际地震反 应；可以很好的反映应变速率对结构材料 强度的影响
4、缺点：设备昂贵，受台面尺寸限制，不 能做大比例模型试验；受尺寸效应影响， 很难评价结构的抗震能力
二、振动台基本原理
振动台是用来产生模拟的地震地面运动，对结构的 抗震性能进行研究。如图为一地震模拟振动台的示 意图。
2*250
三向六自由度 5*5 20 30 Y：±1.0 Y：±600 Y：±80 0.5~40 2*250
Z：±0.7 Z：±300 Z：±50
4*250
水平竖向双向 四自由度
2*2.8
6
X：±1.0 X：±500 Z:±0.8 Z:±340
X：±50 Z:±34
0.1~100
150
X：±1.0 X：±100 X：±100
208
控制 生产 方式 厂家
备注
MTS 三参
量
位移
MTS
部分 MTS
全套MTS,台面 首钢制造，目
地震模拟振动台试验分析
美国NEES计划： Network for Earthquake Engineering Simulation
地震模拟振动台试验分析
7
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震模拟振动台在抗震研究中的作用。
研究结构的动力特性，破坏机理及震害原因。
验证抗震计算理论和计算模型的正确性。
2
Lab of Prof. Tian Shizhu
中国建筑科学研究院 (国内最大）
台面尺寸：6.1米×6.1米 台面承重：60吨 三方向六自由度
地震模拟振动台试验分析
3
Lab of Prof. Tian Shizhu
近年来，振动台阵列开始投入使用。3个振动 台组成一个振动台阵列进行桥梁结构的地震模拟振 动台试验。3个振动台可以在一个方向上同步运动， 也可以根据桥梁实际场地的差异，分别输入不同的 地震波进行试验。这种振动台阵列可以进行较大尺 寸的结构模型试验。
地震模拟振动台试验分析
11
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震地面运动数据来自地震观测台网的地震记录， 这些地震记录一般为地震地面运动的速度或加速度。 在结构抗震设计中，也是根据地面加速度来计算结 构受到的惯性力。因此，进行振动台试验时，输入 到计算机的地震运动大多为地面运动加速度，相应 的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
研究动力相似理论，为模型试验提供依据。
检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。
为结构抗震静力试验，提供试验依据。
地震模拟振动台试验分析
8
Lab of Prof. Tian Shizhu
振动台是用来产生模拟地震地面运动，对结构的抗 震性能进行研究。如图为地震模拟振动台的示意图。
地震模拟振动台试验分析
7
Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震模拟振动台在抗震研究中的作用。
研究结构的动力特性，破坏机理及震害原因。
验证抗震计算理论和计算模型的正确性。
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Lab of Prof. Tian Shizhu
中国建筑科学研究院 (国内最大）
台面尺寸：6.1米×6.1米 台面承重：60吨 三方向六自由度
地震模拟振动台试验分析
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Lab of Prof. Tian Shizhu
近年来，振动台阵列开始投入使用。3个振动 台组成一个振动台阵列进行桥梁结构的地震模拟振 动台试验。3个振动台可以在一个方向上同步运动， 也可以根据桥梁实际场地的差异，分别输入不同的 地震波进行试验。这种振动台阵列可以进行较大尺 寸的结构模型试验。
地震模拟振动台试验分析
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Lab of Prof. Tian Shizhu
§2.8 结构抗震试验方法
地震地面运动数据来自地震观测台网的地震记录， 这些地震记录一般为地震地面运动的速度或加速度。 在结构抗震设计中，也是根据地面加速度来计算结 构受到的惯性力。因此，进行振动台试验时，输入 到计算机的地震运动大多为地面运动加速度，相应 的电液伺服作动器的控制目标也应包括加速度。
研究动力相似理论，为模型试验提供依据。
检验产品质量，提高抗震性能，为生产服务。
为结构抗震静力试验，提供试验依据。
地震模拟振动台试验分析
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Lab of Prof. Tian Shizhu
振动台是用来产生模拟地震地面运动，对结构的抗 震性能进行研究。如图为地震模拟振动台的示意图。
地震模拟振动台三参量控制技术的研究
地震模拟振动台三参量控制技术的研究陈若珠;张波【摘要】It is difficult to finish the reproduction of earthquake wave when the frequency is narrow and damping is small by using simple displacement control.In this study we use PID and TVC control to obtain the simulation of shaking table test which based on the mathematical model of system and its components with a linearization process.By comparison of the difference of PID and TVC control,we find that the result of simulation with the TVC control can increase the systemdamping,prevent the resonance damage and thus improve the stability.%针对电液伺服振动台单纯的以位移控制为基础存在着使用频率狭窄和系统阻尼小的缺陷而不能很好地实现波形复现的问题,本文根据地震模拟振动台振动控制系统的工作性能,在对液压系统进行一定线性化处理的基础之上,搭建了系统的数学模型.在单纯位移控制的基础上,增加了加速度和速度环节设计三参量控制器,分别用PID控制和三参量控制的方法对电液振动台进行仿真研究,比较了PID控制和三参量控制的优缺点.仿真结果表明,三参量的方法能有效地增大系统阻尼防止共振破坏,增强了系统的稳定性.【期刊名称】《震灾防御技术》【年(卷),期】2013(008)002【总页数】8页(P181-188)【关键词】电液振动台;PID控制;三参量控制;频带;阻尼;仿真【作者】陈若珠;张波【作者单位】兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州730050;兰州理工大学电气工程与信息工程学院,兰州730050【正文语种】中文电液伺服地震模拟振动台的负载较大，要使振动系统达到指定的加速度，必须要用高频信号去除激励，单纯的位移控制会落在共振频率之内。
地震模拟振动台运动控制性能分析
型通 常是 研究 系统 的首 要 和 基 本 的工 作 。应 该 指 出 ， 对 于复杂 的系统 ， 建立恰 当 的数学 模 型 ， 并不 是 简单 的 事情 ， 往往需 要提 出一些 简化 系统 的假设 ， 系 统 理想 将 化 。一个 物理 系统 的数 学 模 型 有 多 种 表 示 形 式 ， 分 微 方程是 数学 模型 的时域 描 述形 式 ， 一定 的条 件下 ， 在 线 性 系统 的微 分方 程可 以通过 拉 氏变换成 传递 函数 。
动 台是一 自行 设 计 组 装 系 统 ， 图 １所 示 。 台面 尺 寸 见
前馈 控 制模 式 与控 制 信 号 相关 ， 差 控 制 模 式 与 系 统 压 的压 力 差 相 关 ］ 系 统 总 的 控 制 流 程 图 在 图 １中 。
示 出。
为 ４ｍ × 使用频 率 范 围达 ５ ｚ 由于控 制 器采 用 ６ｍ， ＯＨ ， 普 通结 构试验 用 的 Ｆｅ —Ｇ ｌｘ Ｔ设 备 ， 以在振 动 台组 装 所
内部循 环 系统 是 以伺 服 阀 为 核 心 的 小 闭 环 系 统 ，
图 ｌ 东 南 大 学 振 动 台系 统
Ｆ ｇ １ Ｓ ｕｈ ａ ｔＵ ｉｅ ｓｔ ｓ ａ ｉ ｇ ｔｂ ｅ ｓ ｓｅ ｉ ． ｏ ｔ ｅ ｓ ｎ ｖ ｒｉ ｈ ｋ ｎ ｌ ｙ ｔｍ ｙ ａ
在 内部循环 中反 馈信 号与 控 制命 令 值 相 比较 后 产 生一 个误 差信号 ， 误差 信 号首 先被 输 入 到 三级 阀的第 一 级 ，
完 成后 ， 有必 要 对 系 统 的运 动 控制 性 能进 行 深 入 地 分 析研 究 ， 以确 保系统 具有 高效 的性 能表 现 ¨ Ｊ 。。
目前 振 动 台控 制 系 统 使 用 的传 统 控 制 模 式 分 两
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１ 概 论
统稳 定 的补偿 ， 去德 国 Ｓ Ｈ Ｎ Ｋ公 司就 是 采 用 这 过 ＣＥＣ 种 方法 。另一种 方法 是将 位移 、 度 和加 速 度共 同进 速 行 反馈 的三参 量反 馈控 制方 法 ， 国 Ｍ 系统公 司就 美 是采 用这 种控制 方 法 。这 也是 目前 广泛 采 用 的方 法 。 采用 三参量控 制 的主要原 因是 因为使用单 一 的位 移控
象种类繁 多 ， 要控 制 的地 震 模 拟振 动 台 是一 个 非 常 复 杂系统 ， 而且这个 系 统往 往 是无 法 用 数 学模 型来 准 确 描述 的 ， 它不仅 与模拟控 制 系统 、 动器 、 作 台面有关 ， 而 且 与试件 的特性也 有关 系 ， 其 是被 试 结 构模 型 在 实 尤
Ｑ Ｕ Ｆ — ｅ， Ｈ ｅｇｑａ ｇ ＷＡ Ｇ Ｇ ｎ ，Ｈ Ａ Ｇ Ｘ ｎ －ｏ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｎ － Ｉ ａｗ ｉ Ｓ Ａ Ｆ ｎ —ｉｎ ， Ｎ ａｇ Ｕ Ｎ ｉｇｈ ｎ ， Ｈ Ｎ ｏ ｇ ｉ ｊ
（ 京 三强 同维 机 电 液 压科 技 发 展 有 限公 司 ， 京 北 北 １２ ０ ） ０２ ０
力。在数 字 电动振 动 台和数 字液压振 动 台上进 行 了测试 实验 ， 结果表 明地震 波的位 移、 速度 和加速 度波形都
得 到 高精 确 的再现 。
关键 词 ： 震模拟振 动 台 ； 地 控制软 件 ； 三参量控 制 ； 加速 度控 制 ； 波形 再现 ； 迭代
中图分类 号 ：Ｈ１ ７ 文献标 识码 ： 文章编号 ：０ ０４ ５ （０ １ ０ － ９ －４ Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）６０ ８０ ０
国外引进 的重要 原 因 。我 们 经 过 多年 的研 究 ， 用 数 采 字液压 和伺 服控 制技 术 ， 现 了位 移 、 度 、 实 速 加速 度 波
形 的高精度 再现 ， 为地 震 模 拟振 动 台技 术 的 国产 化 提
供 了一个新 的方 法 ， 摆 脱 了西 方 国家 在 地震 模 拟 振 也 动台设备 上 的技 术垄断 。
９ ８
液 压 与 气动
２ １ 第 ６期 ０ １年
地 震 模 拟 振 动 台控 制 技 术 及 软 件 究
邱 法 维 ， 锋 强 ，王 沙 刚 ， 兴 宏 ，张 虹基 黄
Ｓ ａ ｉ ｇ ｔｂ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｋ ｎ ａ ｌ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｓ ｆｗａ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ
验过 程 中不 断 出现 弹 性 塑 性 的变 化 直 至 整个 结 构 破
坏 ， 以整个 振动 台系统 在实验 过程 中特性变 化很 大 。 所 在这种 情况 下 ， 只采 用控 制 器 本 身 的硬 件 系统 往 往 无 法达到 目的 ， 要采用 数字控 制技 术 ， 需 由于地震 波的 时 程非常 短 ， 一般 在 ２ 左 右 ， 以 目前 地 震模 拟 振 动 ０Ｓ 所 台的数字 控制基 本都是 采用数 字迭代 方法 。 数字 迭代控 制方 法是 每次 驱 动振 动 台之后 ， 台 将 面再 现结果 与期望 信号 进 行 比较 ， 据 二 者 的差 异 对 根 驱动信 号进行 修正 后再 次 驱 动振 动 台 ， 比较 台面 再 再
制 无法 在宽频率 范 围 内提 供平 坦 的系统 表 现 ， 而采 用
三参量 控 制 方 法 可 以 极 大 地 改 善 系 统 的 响应 特 性 。 图 １ Ｍ Ｓ系统 公 司的三参 量反 馈控制 系统框 图。命 为 Ｔ
十年 的发展 ， 国外 在设备 技术方 面 已经 十分完 善 ， 特别
令信号 中包含 了位 移 、 度 、 速 加速 度 和 加加 速度 ４项 ， 反馈信 号 中不仅 有 位移 、 度 、 速 度 ， 速 加 而且 将压 力 信 号作 为反馈进 入到 系统 中用于提 高系统 的稳定性 。
散， 资金支 持 不 足 ， 有 一个 完 善 的产 品生 产 推 广平 没 台 。这 也是我们 国家绝 大多数 地震模 拟振 动台都 是从
是控制器 和控制 软 件等 核 心技 术 。我 国从 ８ ０年 代 也 开始 自行设 计和建 造 地震 模 拟振 动 台 ， 且取 得 了一 并 些重要成果 。但 是在软 硬件技术 方 面与发达 国家还 是 有 较大差距 ， 一方 面我 们 国家 的机 电液 压 工业 技 术 比 较落后 ； 另外 就 是 这 方 面 的研 究 人 员 少 ， 术 力 量 分 技
地震模 拟振动 台可 以在实验 室很好 地再现 地震过 程 以及 进行人 工地 震 波 的实验 ， 目前 研究 结 构地 震 是
反 应和破坏 机理 的最 直接 方 法 。在 土木 工 程 、 洋结 海
构工程 、 原子能 反应堆 、 工 结 构 、 梁 工 程 等抗 震 实 水 桥 验研 究方 面都发挥 着重要 的作用 。二 十世纪 ６ ０年代 ， 美 国和 日本开始设 计 和建 造 地震 模 拟 振 动 台 ， 过 几 经
２ 控制 系统
图 １ ＭＴ Ｓ系统公 司的三参量反馈控 制系统 图
传统 的地震模 拟振 动 台的控 制 系统 主要 由两部分
组成 ， 一部分 是模拟 控制部 分 ， 一部分 是数字 控制部 另 分 。模 拟控制 部分 主要 有 两 种 ， 种 是 采用 位 移 反馈 一 控制 的 ＰＤ控制方 法 ， 时利 用 压差 反馈 作 为 提 高 系 Ｉ 同
摘
要 ： 用伺 服控 制技 术开发 了地震模 拟振动 台及其 控制 系统 ， 采 包括振 动 台的控 制 器和 控制 软件 ， 采
用复合控制 方 式 实现 了位 移 、 度 、 速度控制 。驱动 设备 可 以是数 字 电动缸 ， 可 以是 数 字液压缸 ， 于小 速 加 也 对 吨位 的地 震模拟振 动 台采 用数 字 电动缸 ； 于大吨 位的地 震模 拟振 动 台采 用数 字 液压 缸 可 以获得 大 的激振 对
收 稿 日期 ：０ １０ ．０ ２ １ － ２ ４
作者简介 ： 邱法维 （９ ３ ） 男 ， １６ 一 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 博士 ， 主要
从事实验技术 、 液压加载设 备和控制 软件 的研制开发工作。
２１ ０ 第 ６期 １年
液 压 与 气动
采用 数字控 制 的原 因是 地震模 拟振 动 台的实验对
统稳 定 的补偿 ， 去德 国 Ｓ Ｈ Ｎ Ｋ公 司就 是 采 用 这 过 ＣＥＣ 种 方法 。另一种 方法 是将 位移 、 度 和加 速 度共 同进 速 行 反馈 的三参 量反 馈控 制方 法 ， 国 Ｍ 系统公 司就 美 是采 用这 种控制 方 法 。这 也是 目前 广泛 采 用 的方 法 。 采用 三参量控 制 的主要原 因是 因为使用单 一 的位 移控
象种类繁 多 ， 要控 制 的地 震 模 拟振 动 台 是一 个 非 常 复 杂系统 ， 而且这个 系 统往 往 是无 法 用 数 学模 型来 准 确 描述 的 ， 它不仅 与模拟控 制 系统 、 动器 、 作 台面有关 ， 而 且 与试件 的特性也 有关 系 ， 其 是被 试 结 构模 型 在 实 尤
Ｑ Ｕ Ｆ — ｅ， Ｈ ｅｇｑａ ｇ ＷＡ Ｇ Ｇ ｎ ，Ｈ Ａ Ｇ Ｘ ｎ －ｏ ｇ Ｚ Ａ Ｇ Ｈ ｎ － Ｉ ａｗ ｉ Ｓ Ａ Ｆ ｎ —ｉｎ ， Ｎ ａｇ Ｕ Ｎ ｉｇｈ ｎ ， Ｈ Ｎ ｏ ｇ ｉ ｊ
（ 京 三强 同维 机 电 液 压科 技 发 展 有 限公 司 ， 京 北 北 １２ ０ ） ０２ ０
力。在数 字 电动振 动 台和数 字液压振 动 台上进 行 了测试 实验 ， 结果表 明地震 波的位 移、 速度 和加速 度波形都
得 到 高精 确 的再现 。
关键 词 ： 震模拟振 动 台 ； 地 控制软 件 ； 三参量控 制 ； 加速 度控 制 ； 波形 再现 ； 迭代
中图分类 号 ：Ｈ１ ７ 文献标 识码 ： 文章编号 ：０ ０４ ５ （０ １ ０ － ９ －４ Ｔ ３ Ｂ １０ －８ ８ ２ １ ）６０ ８０ ０
国外引进 的重要 原 因 。我 们 经 过 多年 的研 究 ， 用 数 采 字液压 和伺 服控 制技 术 ， 现 了位 移 、 度 、 实 速 加速 度 波
形 的高精度 再现 ， 为地 震 模 拟振 动 台技 术 的 国产 化 提
供 了一个新 的方 法 ， 摆 脱 了西 方 国家 在 地震 模 拟 振 也 动台设备 上 的技 术垄断 。
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液 压 与 气动
２ １ 第 ６期 ０ １年
地 震 模 拟 振 动 台控 制 技 术 及 软 件 究
邱 法 维 ， 锋 强 ，王 沙 刚 ， 兴 宏 ，张 虹基 黄
Ｓ ａ ｉ ｇ ｔｂ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｈ ｋ ｎ ａ ｌ ｏ ｔｏ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｓ ｆｗａ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ
验过 程 中不 断 出现 弹 性 塑 性 的变 化 直 至 整个 结 构 破
坏 ， 以整个 振动 台系统 在实验 过程 中特性变 化很 大 。 所 在这种 情况 下 ， 只采 用控 制 器 本 身 的硬 件 系统 往 往 无 法达到 目的 ， 要采用 数字控 制技 术 ， 需 由于地震 波的 时 程非常 短 ， 一般 在 ２ 左 右 ， 以 目前 地 震模 拟 振 动 ０Ｓ 所 台的数字 控制基 本都是 采用数 字迭代 方法 。 数字 迭代控 制方 法是 每次 驱 动振 动 台之后 ， 台 将 面再 现结果 与期望 信号 进 行 比较 ， 据 二 者 的差 异 对 根 驱动信 号进行 修正 后再 次 驱 动振 动 台 ， 比较 台面 再 再
制 无法 在宽频率 范 围 内提 供平 坦 的系统 表 现 ， 而采 用
三参量 控 制 方 法 可 以 极 大 地 改 善 系 统 的 响应 特 性 。 图 １ Ｍ Ｓ系统 公 司的三参 量反 馈控制 系统框 图。命 为 Ｔ
十年 的发展 ， 国外 在设备 技术方 面 已经 十分完 善 ， 特别
令信号 中包含 了位 移 、 度 、 速 加速 度 和 加加 速度 ４项 ， 反馈信 号 中不仅 有 位移 、 度 、 速 度 ， 速 加 而且 将压 力 信 号作 为反馈进 入到 系统 中用于提 高系统 的稳定性 。
散， 资金支 持 不 足 ， 有 一个 完 善 的产 品生 产 推 广平 没 台 。这 也是我们 国家绝 大多数 地震模 拟振 动台都 是从
是控制器 和控制 软 件等 核 心技 术 。我 国从 ８ ０年 代 也 开始 自行设 计和建 造 地震 模 拟振 动 台 ， 且取 得 了一 并 些重要成果 。但 是在软 硬件技术 方 面与发达 国家还 是 有 较大差距 ， 一方 面我 们 国家 的机 电液 压 工业 技 术 比 较落后 ； 另外 就 是 这 方 面 的研 究 人 员 少 ， 术 力 量 分 技
地震模 拟振动 台可 以在实验 室很好 地再现 地震过 程 以及 进行人 工地 震 波 的实验 ， 目前 研究 结 构地 震 是
反 应和破坏 机理 的最 直接 方 法 。在 土木 工 程 、 洋结 海
构工程 、 原子能 反应堆 、 工 结 构 、 梁 工 程 等抗 震 实 水 桥 验研 究方 面都发挥 着重要 的作用 。二 十世纪 ６ ０年代 ， 美 国和 日本开始设 计 和建 造 地震 模 拟 振 动 台 ， 过 几 经
２ 控制 系统
图 １ ＭＴ Ｓ系统公 司的三参量反馈控 制系统 图
传统 的地震模 拟振 动 台的控 制 系统 主要 由两部分
组成 ， 一部分 是模拟 控制部 分 ， 一部分 是数字 控制部 另 分 。模 拟控制 部分 主要 有 两 种 ， 种 是 采用 位 移 反馈 一 控制 的 ＰＤ控制方 法 ， 时利 用 压差 反馈 作 为 提 高 系 Ｉ 同
摘
要 ： 用伺 服控 制技 术开发 了地震模 拟振动 台及其 控制 系统 ， 采 包括振 动 台的控 制 器和 控制 软件 ， 采
用复合控制 方 式 实现 了位 移 、 度 、 速度控制 。驱动 设备 可 以是数 字 电动缸 ， 可 以是 数 字液压缸 ， 于小 速 加 也 对 吨位 的地 震模拟振 动 台采 用数 字 电动缸 ； 于大吨 位的地 震模 拟振 动 台采 用数 字 液压 缸 可 以获得 大 的激振 对
收 稿 日期 ：０ １０ ．０ ２ １ － ２ ４
作者简介 ： 邱法维 （９ ３ ） 男 ， １６ 一 ， 黑龙江哈尔滨人 ， 博士 ， 主要
从事实验技术 、 液压加载设 备和控制 软件 的研制开发工作。
２１ ０ 第 ６期 １年
液 压 与 气动
采用 数字控 制 的原 因是 地震模 拟振 动 台的实验对