单向双轴振动台与结构相互作用的影响及补偿

为研究单向双轴振动台与结构的相互作用,建立了振动台与结构的传递函数矩阵(TFM),研究了结构与振动台的质量比,结构的阻尼比、频率,以及结构与振动台的转动惯量比对传递函数矩阵的影响。结果表明:质量比、阻尼比和频率产生的影响集中在结构自振频率及周围的频段,而转动惯量比产生的影响位于油注共振频率及周围的频段;在相互作用影响的频段范围内,振动台的控制性能出现了不同程度的下降。基于以上研究,提出了一种实时补偿的控制策略,采用所提出的控制策略后,相互作用在频域的影响被完全地补偿;时域随机波的波形相关系数提升37.90%,误差的均方根值下降72.56%,振动台的控制性能得到很大的提升。     

液压驱动冗余振动台自由度控制及内力协调

振动台是一种对高层建筑、大型桥梁和基础设施等大型结构进行抗震性能试验的重要设备。为了提高振动台有效载荷,以便进行大尺寸或全尺寸结构试验,振动台通常采用液压驱动冗余并联机构。本文首先根据液压驱动冗余振动台机液作用机理,建立了冗余振动台的整体机液动力学模型,并提出一种适用于液压驱动冗余振动台的自由度控制结构。之后,针对冗余驱动内力耦合问题,采用基于雅克比矩阵伪逆的内力协调控制方法,协调控制各激振器间的出力,减少各个激振器间的内力耦合。最后,通过仿真分析,验证了本文提出的自由度控制和内力协调控制的有效性。     

将激振器改制为压电加速度计校准器

本文阐述了激振器的工作原理和特点 ,并将它改制成校准压电加速度计的小型振动台。利用振动台能够可靠地校准压电加速度计 ,其准确度优于 4 %。     

数字补偿技术在振动台振动控制应用中的若干问题

一前言数字补偿技术是振动台振动控制的重要组成部分，直接影响着试验的成功。本文阐述了振动台数字补偿振动控制技术的原理，并系统地分析了在振动台数字补偿振动控制的过程中，测量误差、环境对振动台驱动信号的干扰噪声及试验系统本身非线性等因素的影响，得出了对指导试验具有重要意义的结论，并列举一些实例。二数字补偿技术原理在进行振动台试验时，如果不采用数字补偿技术，直接把试验所设计的振动台振动信号作为振动台的驱动信号。当采用数字补偿技术时，试验所设计的振动台振动信号经补偿运算及相应的变换后，转换为振动台的驱动信…     

大型液压离心振动台的耦合特性分析

离心振动台被认为是当今世界抗震领域最先进、最有效的实验设备,针对离心振动台的耦合特性提出了轻柔基础、液压执行机构、岩土模型的耦合数学模型。首先将轻柔基础简化为连续质量弹簧,推导了轻柔基础固有频率的估计方法和轻柔基础动态特性的等效方法。其次,根据离心振动台的耦合等效模型,利用4类基础方程推导了耦合系统的传递函数。最后,研究了离心振动台的伺服控制策略,通过前置滤波器、三状态反馈控制器、顺馈控制器的设计,可使耦合系统的频宽满足设计要求。     

旋转偏心质量块式消振电力作动器建模与控制EI北大核心CSCD

直升机等非固定翼飞行器在飞行状态时由桨叶旋转所产生的周期性低频振动会通过刚性机体传递至驾驶舱、航空发动机以及起落架等部位,会造成机体的持续振动,严重时会影响驾驶员的生命安全。提出了旋转偏心质量块式消振电力作动器,并开展了控制方法研究。从理论上推导了旋转偏心质量块式消振电力作动器的输出力模型以及负载转矩模型;提出基于双电机并行独立控制的电力作动器输出力伺服控制策略,在复频域进行了稳定性分析,并针对正弦波非线性负载扰动带来的转矩脉动问题,对双电机并行独立控制策略展开了优化设计,通过负载前馈控制使系统具备良好的鲁棒性和抗干扰性;研制了重量为14 kg的实验样机并完成了优化控制策略前后电力作动器稳态、动态性能的对比验证实验。结果表明,优化控制策略下的作动器输出力动稳态性能满足各项技术指标要求。     

复杂偏心结构振动台试验水平与扭转位移分析

通过复杂偏心结构大型振动台试验,进行了复杂偏心结构水平位移与扭转位移耦联分析。通过对有代表性的楼层进行分析表明,楼层平扭耦联反应程度与各自的频率有关,当楼层平动反应频段与扭转反应频段相近时,楼层的层间平动位移与扭转位移峰值出现的时间基本相同;结构进入塑性后导致水平刚度明显下降,而扭转刚度则下降不多,从而导致结构的平扭耦联反应程度降低,层间水平位移所占比例明显大于弹性阶段,从而为复杂偏心结构的抗震性能研究提供试验与理论依据。     

地震模拟振动台试件与台面相互作用的力反馈补偿控制

电液伺服地震模拟振动台试验过程中存在试件与台面相互作用,导致振动台系统的幅频特性曲线在试件自振频率及附近范围产生峰值和陷波,影响台面振动的实际输出。为消除试件与台面相互作用对振动台系统控制性能的影响,在三参量控制的基础上引入力反馈补偿控制,并通过单台振动台试验中单自由度试件、多自由度试件模型进行了试验仿真分析,结果表明力反馈补偿控制补偿了试件与台面相互作用对振动台系统性能的影响,通过控制方法的误差影响分析验证了该方法对于振动台试验控制的有效性。     

基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法

地震作用下高层建筑结构顶层的动力反应过大,会对设备的安全性及人的舒适度产生极大的影响,由于尺度的原因导致上述研究无法直接采用振动台进行试验。首先阐述了一种基于橡胶垫-质量块系统放大效应的子结构振动台试验方法;然后基于matlab进行了一个三自由度体系数值算例,新输入加速度曲线和原输入加速度曲线较为吻合,证实了地震动传递函数的有效性;最后通过小型振动台进行了三种不同地震作用下整体结构模型试验和子结构模型试验,对比后的研究结果表明:两者的顶层加速度反应曲线趋于一致,最大值几乎相同,从而验证了橡胶垫-质量块系统的放大效应和地震动传递函数对于模拟再现高层建筑结构顶层加速度反应的有效性和适用性,可为高层建筑结构抗震试验提供研究参考。     

冗余驱动液驱振动台台阵系统内力分析及其抑制方法研究

冗余驱动振动台台阵系统误差不仅会造成单个振动台内力,也会使振动台之间产生台阵内力,这会减小系统的净出力,甚至损坏试件。首先应用冗余驱动并联机构动力学原理,分析冗余驱动振动台台阵系统内力的形成机理;建立台阵系统的内力耦合模型,推导系统的机械安装误差、位移测量误差和伺服阀零偏三种主要误差因素与振动台内力和台阵内力的数学关系式,进而定量地分析上述误差对系统内力的影响机理。然后结合动力学关系得到振动台的内力合成矩阵和自由度广义力合成矩阵,并根据系统内力的形成机理和影响机理,分别设计了比例-积分控制器对振动台内力和台阵内力进行抑制。最后,利用Sim Mechanics软件建立冗余振动台台阵系统动力学模型,结合Simulink软件建立其控制系统模型并进行联合仿真验证。仿真结果表明:该方法对台阵系统内力影响机理分析正确和提出的内力抑制方法能够有效地消除系统内力。     

试件-加载系统相互作用对实时子结构试验系统稳定性影响

实时子结构试验将易于建模部分进行数值仿真,剩余部分进行物理试验,从而间接增强了既有设备的试验能力。加载系统与试验试件动力特性的耦合是影响子结构系统稳定性的关键问题。现有稳定性分析方法忽略了其耦合效应对稳定性分析精度的影响。该文建立了作动器、振动台与物理试件间的动力耦合模型,建立了可考虑耦合动力特性的稳定性分析方法,通过试验与理论分析验证了该方法的准确性。基于该方法分别讨论了试件-加载系统相互作用对基于作动器和振动台的子结构试验系统稳定性影响。分析结果表明:试件-加载系统相互作用在不同条件对子结构试验系统稳定性会不同程度的降低或提高,需要特别考虑。     

电动振动台模型辨识方法及其应用的研究

电动振动台是振动与冲击环境试验的主设备,对其模型的辨识与估计是开展振动控制技术研究和振动试验仿真的必要环节。本文基于电动振动台的动力学和电学耦合模型,提出了一种以冲击信号作为激励的振动台模型传递函数进行系统辨识与参数估计的方法。并应用其模型参数完成了冲击波形的生成。仿真结果与试验结果一致性很好,表明本文所提出的模型辨识方法有效可行,对电动振动台试验波形的生成具有一定的实用价值     

基于振动台的实时动力子结构实验系统稳定性预测研究

基于振动台的实时子结构试验是重要的现代结构试验技术,能很好的对土-结相互作用、减震系统（比如TLD、TMD）等动力特性进行大尺寸试件试验研究。试验系统稳定性是实现子结构试验的关键,但复杂的振动台动力特性使其稳定性预测精度还难以满足试验要求。该文结合振动台系统综合建模和根轨迹技术发展了稳定性预测方法,通过试验验证了该方法的可行性。同时从相位和幅值影响两方面对比讨论了常用分析方法的局限性,并采用该方法就结构特性对稳定性的影响进行了分析。研究结果表明考虑振动台综合模型的方法能很好的预测子结构试验系统稳定性。     

振动台在无限流体域中台面附加质量研究

 船舰外壳装有声纳传感器用来接收来自水下的声纳信号，船体的振动必然会对声纳传感器的工作产生影响，因此有必要设计水下振动台来模拟水中船体的振动，然后在振动台的台面上安装传感器来进行模拟研究．设计一个工作台面在水体中的振动台，必须考虑水介质对台面的附加影响，这对振动台所需的推力设计、台面几何形状设计等是十分重要的．从振动台台面流固耦合运动方程出发，通过有限元方法，分别计算了台面在空气中和水下振动的加速度谐响应．通过比较台面上不同部位上几个关键结点耦合前后平均加速度值的变化，计算出了各个频率下的附加质量，并对附加质量给振动台设计带来的影响进行了研究．     

三级阀控液压振动台控制策略研究

对三级阀控液压振动台的控制策略进行了系统的研究,设计了应用于大流量液压振动台的一体式控制器。一体式控制器同时实现液压振动台伺服控制及振动控制功能,伺服控制中,针对三级电液伺服阀和伺服油缸提出一种双PID伺服控制策略,振动控制中,针对液压振动台良好的低频特性设计了基于闭环迭代控制的波形再现控制方法。通过一体式控制器对三级阀控液压振动台进行不同时程、不同频宽的波形再现试验,表明控制器对液压振动台具有很好的波形控制能力,实现液压振动台高精度波形再现。     

模块化能馈型直流模拟负载单元设计

针对能量回馈电网型(能馈型)直流负载多样化的负载测试需求,提出基于交错并联Boost的模拟负载单元模块化设计方案,设计电流均值跟踪和电流峰值保护两者兼备的信号调理电路,研究基于逐个周期电流峰值限制的负载模拟双环控制策略。通过建立单个模拟负载模块电流控制的小信号模型,得到模拟负载模块输入电流的传递函数,并基于小信号模型设计PI调节器,改善模拟负载模块的性能。仿真与实验结果表明:模拟负载模块在启动后12 ms即可进入稳定工作状态,并且能在0.21μs内完成过流保护动作,恒流模式下负载模拟相对误差绝对值为3.602%。与目前市场产品相比,该方案动态响应快,精度高,更加稳定安全。     

气隙偏心下永磁电机转子系统的振动特性分析

研究气隙偏心对永磁同步电机转子系统振动特性的影响。建立了气隙偏心下转子的动力学模型,结合永磁同步电机在带负载工作下转子永磁体及电枢电流共同形成的气隙磁场分布情况,利用Maxwell应力张量法计算了气隙偏心造成的不平衡磁拉力,并代入转子系统运动方程;通过实例分析,详细讨论了不同偏心以及负载类型对转子系统振动特性的影响。结果表明：质量偏心在增大转子振动的同时会削弱不平衡磁拉力的影响,使振动趋于规则;初始静偏心的大小和方向都将影响转子振动特性,当其方向和重力方向相反,振动强度将有所减弱;当外部负载转矩发生变化,其相应谐波频率的振动将被激发出来。     

低频标准振动台波形复合控制仿真的研究

简要介绍低频振动台模型的建立,以及利用Matlab／Simulink软件在振动台开环状态下和迭代学习与PID复合控制以及基于重复补偿和PID复合控制的仿真研究。其仿真结果说明低频时采用闭环负反馈复合控制能够有效地减小振动台运动波形的失真度。     

软土地基上土-高层建筑群体系对高层建筑影响的试验研究

在软土地基上,城市密集的高层建筑群间通过场地土将产生动力相互影响。为研究土与高层建筑群间动力相互作用对高层建筑动力响应的影响,设计了两组对比试验,一组为建筑群振动台试验,另一组为单个建筑振动台试验。试验结果表明:在软土地基上,土与高层建筑群间存在明显的动力相互作用,建筑群间的动力相互作用加剧了建筑物的破坏,并使得高层建筑的加速度减小,且影响程度与输入的地震波特性有关;在两种波的激励作用下,相互作用对速度的影响是一致的,减少了短周期结构的速度,对长周期结构的影响则与输入的地震峰值相关;相互作用对短周期结构的位移影响很小,而对长周期结构的位移影响较大。     

部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构模型试验研究

开展了部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构模型(模型B)与传统框剪结构模型(模型A)的地震模拟振动台对比试验,两模型均为三层两跨两开间,平面布置相同,几何相似比1∶10,第二层为结构薄弱层。此外,还进行了摩擦支座的力学性能试验,确定了支座摩擦系数的取值范围。研究发现:1) 无润滑油时聚四氟乙烯+不锈钢镜面板摩擦支座的摩擦系数均值约0.070~0.095,有润滑油时该类摩擦支座的摩擦系数均值约0.014~0.018;2) 不同峰值地震波作用下,模型B的薄弱层层间最大位移角、最大顶点相对位移、薄弱层最大绝对加速度和顶层最大绝对加速度分别比模型A降低20%~43%、17%~32%、12%~22%和7%~33%;3) 模型B各层的最大层间剪力均不同程度小于模型A。因此,部分柱顶滑移钢筋混凝土框剪结构具有比传统框剪结构更优的抗震性能。