地震模拟振动台台阵系统研发

2011 年第 12 期
液压与气动
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上位机是控制系统的中枢， 要求体积小， 运算速度 满足实时控制的要求， 并且使用方便， 可以采用工 快， 控机或笔记本电脑。控制软件采用 VC + + 编制， 分为 通讯模块和控制模块。 控制模块是整 程序界面模块、
0602 收稿日期： 2011作者简介： 冯晓迪 （ 1978 —） ， 男， 江苏徐州人， 工程师， 学士，
增压卸荷三个动作。 不要求调节流量大小。 括充液主要从事液压试验设备的研制工作 。 櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘 从图中可以看到， 两个振动台的位移响应和加速 度没有相位差。限于测试条件， 我们目前还无法精确 测量到振动台 1 和 2 的相位差， 理论分析两者的相位 差最大是 0． 4 ms。 5 结束语 本文介绍了地震模拟振动台台阵的控制技术和控 制软件开发。将多个地震模拟振动台组建成台阵， 关 键是同步控制技术。 不仅需要软件上的考虑， 硬件上 也对系统提出了比较高的要求。在成功研制了三向六 自由度地震模拟振动台的基础上， 完成了振动台台阵 的技术开发， 进一步拓展了应用领域， 为结构抗震研究 提供了新方法和新技术。 实验调试结果表明， 地震模 拟振动台台阵达到了模拟多维多点地震动的效果 。
QIU Fawei1 ，YANG Li2 ，SHA Fengqiang1 ，WANG Gang1 ，HUANG Xinghong1
（ 1． 北京三强同维机电液压科技发展有限公司 ，北京 昌平 102200 ； 2． 中国运载火箭技术研究院 第十八研究所 ，北京 丰台 100076 ）
要：随着抗震研究的不断深入， 作为研究多维多点地震输入的振动台台阵设备得到了科研机构的重 视。该文介绍了地震模拟振动台多台阵控制系统的开发情况 ， 指出台阵的控制策略可以采用集中式控制和 摘 分散式控制两种方案， 集中式控制的优点是同步精度高； 但是分散控制方式使用灵活， 每个振动台容易单独 使用。文中振动台台阵的驱动设备是数字电动缸或数字液压缸 ， 小型振动台可以采用数字电动缸 ； 大吨位的 地震模拟振动台采用数字液压缸以获得更大的激振力 。在振动台的控制器和控制软件中采用复合控制方式 来实现位移、 速度和加速度控制。控制系统和软件在电动振动台台阵上进行了测试 ， 结果表明台阵的同步性 以及地震波在各个振动台上的位移 、 速度和加速度波形都得到高精确的再现 。 关键词：地震模拟振动台台阵； 控制系统； 加速度控制； 波形再现 中图分类号：TH1378 1 概论 文献标识码：B 4858 （ 2011 ） 12002403 文章编号：1000数字液压缸和伺服控制技术， 开发了振 用数字电动缸、 动台台阵系统， 实现了台阵的同步控制以及台面位移 、 速度、 加速度波形的高精度再现， 为地震模拟振动台台 也摆脱了西方国家 阵技术的国产化提供了新的方法， 在地震模拟振动台设备上的技术垄断 。 2 台阵系统组成 振动台台阵控制是基于地震模拟平台控制系统 ， 是一种典型的基于网络的由多个地震模拟振动台控制 系统共同组合而成， 如图 1 所示。 基于网络的分布式 优点是各个振动台控制系统既可以同步运 台阵控制， ， 行 可以分别作为独立的振动台使用。 分布式台阵控 制系统具有可靠性高、 维护简单、 方便的特点， 各振动 台之间通过网络通信独立工作、 互不影响， 同时传送各 种数据， 可以满足远距离振动控制和远程监控。 当某 可以在不影响整个系统运行的 一局部出现 故 障 时 ， 情况下在 线 更 换 ， 迅 速 排 除 故 障。 整 个 系 统 协 调 工 作， 以完成控 制 系 统 的 总 体 功 能 和 各 自 功 能 的 优 化 处理 。
FENG Xiaodi1 ，ZHENG Benfang2 ，DU Jianfeng2
（ 1． 中煤科工集团 上海研究院 ，上海 200030 ； 2． 中煤北京煤矿机械有限公司 ，北京 102400 ）
PLC 、 CAT、 要：为满足液压支架用乳化液阀产品开发及生产的需求 ， 应用电液比例阀、 新型柱塞泵 ， 、 等技术研制了乳化液阀静态性能试验台 利用油压技术解决了乳化液系统压力 流量调节的难题。该文对试 摘 验标准进行了分析、 归纳， 介绍了该试验台的设计思路及技术特点 。 关键词：液压支架； 乳化液阀； 试验 中图分类号：TH137 前言 为满足液压支架用乳化液阀产品开发及生产的需 ， 求 研制了一种可完成出厂试验及静态型式试验的试 验台。 试验台基本参数： 试验压力： 0 ～ 60 MPa； 试验流量： 0． 04 ～ 200 L / min； 1 试验标准分析 1995《液压支架用阀》 ， 根据标准 MT419液压支架 ： 、 、 、 用乳化液阀包括 安全阀 单向阀 换向阀 截止阀及组 合阀。各类乳化液阀的试验项目可以分为三大类 。 1． 1 出厂试验 （ 1 ） 高 / 低压密封性能； （ 2 ） 换向阀换向性能； （ 3 ） 单向阀关闭压力。 出厂试验内容简单， 强调高效率， 试验操作主要包 文献标识码：B 4858 （ 2011 ） 12002603 文章编号：1000因此供液流量满足试验效率的要求即可 。密封试验分 高压（ 安全阀为公称压力的 90% ， 其他阀为公称压力 ） 和低压（ 2 MPa） 两种， 要求可方便地切换两档压力。 1． 2 静态特性型式试验 试验内容包括： （ 1 ） 出厂试验全部内容； （ 2 ） 阻力损失流量； （ 3 ） 安全阀小流量启溢闭； （ 4 ） 单向阀开启压力； （ 5 ） 单向阀控制压力； （ 6 ） 换向阀及截止阀的操作力矩（ 控制压力） ； （ 7 ） 寿命； （ 8 ） 强度。
图1 地震台台阵系统示意图
可实现单个振动台控制和多个振 个控制软件的核心， 动台协调控制。 下位机控制系统由主控制器、 驱动器、 执行机构组 成。是整个设备系统的底层， 与各个振动台集成在一 起， 主要用来接收上位机信号并控制各个振动台的具 体运动过程。同时把底层信息反馈给上位机， 用于上 位机判断、 协调规划、 实时显示、 统一管理。 下位控制 器在硬件结构上完全相同， 根据各个振动台运动控制 的差异， 将予植的控制软件作相应的调整 。 4 实验装置和实验结果 测试是在三强同维公司自己研制的小型地震模拟 振动台上进行的， 实验中是用了两个振动台组成的台 振动 阵如图 4 所示。振动台 1 是水平双向的振动台， 台 2 是三向六自由度的。各个振动台的控制回路与文 3］相同， 献［ 采用的是位移、 速度、 加速度闭环控制。 针对台阵系统的各个通道实现地震波再现 。图 5 和图 6 分别给出了振动台 1 和振动台 2 的位移响应和加速 度响应。
0928 收稿日期： 2011作者简介： 邱法维（ 1963 —） ， 男， 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 。
大型结构、 桥梁、 水坝等在空间上具有很大的跨 度， 结构的各支承点相距较远， 当地震发生时， 由于结 几何特征以及地震波到达 构支承点之间的地质条件、 的先后次序的差异， 各支承点受到的地震激励是不相 同的。不仅地震波最大峰值到达各支承点的时间不 同， 而且其方向、 幅值、 相位以及频谱特征都不相同。 在这种情况下， 结构受到的地震作用不仅是多维的 ， 而 且也是多点的， 其受力情况十分复杂， 地震产生的动力 作用和各支承点相对运动而产生的静力作用相互耦 合， 将加重结构的破坏， 因此对它的研究也就更具实际 意义。 目前进行多维多点地震激励实验研究的手段主要 ［1 － 2 ］ ， 有两种 一种是由多个地震模拟振动台组成的台 阵， 价格昂贵， 控制技术复杂， 国内已经建设的几个台 国内还没有成熟的技术和产 阵都是发达国家的产品， 品； 另外一种是多维多点地震激励的拟动力实验方法 。 由于地震模拟振动台可以在实验室很好地再现地震作 是研究结构地震反应和破坏机理的最 用的动力过程， 直接方法， 所以采用地震模拟振动台台阵进行多维多 点地震输入的实验研究有着其它方法无可比拟的优 ［3 ］ 势。本文在研制地震模拟振动台的基础上 ， 仍然采
参考文献： ［ 1］ 邱法维， ． 北京： 钱稼茹， 陈志鹏． 结构抗震实验方法［M］ 2000． 科学出版社， ［ 2］ 黄浩华． 地震模拟振动台的设计和建造［ M］ ． 北京： 地震 2008． 出版社， ［ 3］ 邱法维， 沙锋强， 王刚， 等． 地震模拟振动台控制技术及软 J］ ． 液压与气动， 2011 ， （ 6） ． 件研究［
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地震模拟振动台台阵系统研发
1 邱法维 ，杨 2 1 丽 ，沙锋强 ，王 1 1 刚 ，黄兴宏
Array shaking table control technology
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控制系统结构 台阵控制本质上还是对各个振动台的运动进行控
制。控制系统采用分布式控制方式， 总体结构采用集 中管理、 分散控制的上、 下位机控制基本模式， 如图 2 所示。上位机为用户输入端， 主要完成系统的调度管 在线运动规划、 运动学计算、 参数设定、 控制过程的 理、 实时显示、 数据处理、 存储打印、 系统监控和安全保护、 实现人机交互等功能； 下位机由多个振动台控制系统 组成， 每个振动台是台阵控制系统的一部分。 在上位 机中， 操作人员只需将命令信号导入控制软件即可 ， 该 命令信号可以是地震波、 随机波、 正弦波、 三角波、 方波 同时可以设置命令信号的幅值及循环次数等 。 等，
图2
振动台台阵控制结构图
上位机通过以太网通讯由 Hub 转接， 然后与下位 机之间形成相互网络通信， 构成上、 下位机的通讯网络 连接， 如图 3 所示。 该分布式网络设计具有工作速度 快和控制性能高的特点， 可以满足台阵的控制需要， 整 个系统设计更易于满足现场需求和开放性系统需求 ， 是一种比较理想的控制方式。
图3Байду номын сангаас
上下位机的网络结构
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