实时混合动力试验方法技术

本发明专利技术公开了一种实时混合动力试验方法，包括以下几个试验步骤：S1、在混合加载反力装置上安装试验子结构；S2、工程结构的数值计算模型在上位机中建立，上位机根据数值模型上施加的激励信号和初始化的响应信号计算出第一步的控制信号命令；S3、上位机通过数据通讯模块将控制信号命令传输到下位机，下位机接受控制信号命令；4、下位机实时地将控制信号命令发送给功率放大器，功率放大器将放大后的信号通过作动器驱动模块实现对作动器的控制，进而实现试验子结构的实时动力加载。本发明专利技术实时混合动力试验方法具有试验占地较小、试验精度稿、易于控制特点。

【技术实现步骤摘要】
实时混合动力试验方法
本专利技术属于结构工程抗震试验领域，尤其涉及一种实时混合动力试验方法。
技术介绍
传统的结构抗震试验方法从拟静力试验创造出重复加载方式，发展到拟动力试验再到如今比较成熟的地震模拟振动台试验方法。虽然地震模拟振动台是现阶段最常用最能反映结构在地震作用下真实情况的人工模拟手段，但是多数都只能进行缩尺模型试验。然而现代建筑结构发展趋势是大型化、复杂化，而缩尺模型得出的试验结果不能完全准确的推算到真实试验结构上。并且振动台及配套设备价格和设计建造费用昂贵，导致振动台试验费用高、试验过程复杂。混合试验是将结构中不容易数值模拟的非线性较强或受力复杂构件作为试验子结构，其它容易模拟的部分作为数值子结构，通过上位机和作动器下位机连接通信与计算，实现全结构在地震作用下的动力反应分析。而现有的混合试验均是基于大型的液压伺服系统，对试验室的规模、实验设备能力、上位机的台数和性能以及各方面人员数量的配备要求都很高，且整个系统搭建复杂，试验费用高昂，很难得到真正推广及应用。因此，减小试验成本，降低混合试验研究的门槛，让混合实验平台真正得到推广及应用成为燃眉之急。申请号201510173348.5公开了一种MATLAB-STM32混合动力试验系统，其中也提到了通过ADC模块对传感器的拉力、压力信号进行采集，但是ADC模块只能采集正电压，当时，我们的解决办法是：通过对压力传感器施加预压力并测出预压力大小，STM32采集力信号后计算出真实拉压力。上述办法的问题在于：对压力传感器外部施加预压力后，随着时间推移预压力会发生松弛现象，影响测量精度。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种实时混合动力试验方法以及试验方法，该实时混合动力试验方法具有试验占地较小，搭建简单，造价低廉、试验过程费用低且易于控制等特点，并且对上位机的台数和性能以及试验人员数量的配备要求大幅度降低，使得实时混合动力试验方法能够更广泛的推广及应用，大幅度降低了混合试验研究的门槛。并且该实时混合动力试验方法的安装及工作调节方法具有操作简单，可调性好，调节精度高等特点。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下具体技术方案：一种实时混合动力试验方法，包括以下几个试验步骤：S1、在混合加载反力装置上安装试验子结构；S2、工程结构的数值计算模型在上位机中建立，上位机根据数值模型上施加的激励信号和初始化的响应信号计算出第一步的控制信号命令；S3、上位机通过数据通讯模块将控制信号命令传输到下位机，下位机接受控制信号命令；S4、下位机通过作动器驱动模块实时地将控制信号命令发送给功率放大器，功率放大器将信号放大实现对作动器的控制，具体是，所述作动器驱动模块的控制方式为等效力反馈控制，由DAC模块实现，由一反相放大电路和加法运算电路配合DAC模块的双通道模式，来实现作动器正、负拉力的控制，进而实现试验子结构的实时动力加载；S5、传感器包括位移传感器和力传感器，其中，力传感器用于对试验子结构受到的加载力进行实时反馈给数据采集模块；位移传感器用于对试验子结构发生的位移量进行实时反馈给数据采集模块，所述数据采集模块由ADC模块实现，加法运算电路将力信号和稳压电源发出的直流电压相加后转化为可以识别的正电压，分压电路将力信号和位移信号压缩至ADC模块可以识别的电压范围内，下位机根据采集到的电压信号计算出相应的力和位移真实数值；所述作动器驱动模块由DAC模块的双通道模式实现，反相放大电路将DAC模块通道一发送的正电压信号转化为负电压，加法电路将转化后的负电压和通道二发送的正电压相加后发送至功率放大器，当通道一发送正电压且通道二发送0V电压时，即可实现作动器产生拉力，需要输出负电压，当通道一发送0V电压且通道二发送正电压时，即可实现作动器产生压力，需要输出正电压；S6、下位机将数据采集模块反馈的力和位移数据通过数据通讯模块发送至上位机；S7、上位机根据接收到的试验子结构的力和位移数据，通过数值积分算法计算出速度、加速度和下一步的控制信号；S8、重复执行步骤S2-步骤S7，直至激励信号结束。所述试验子结构外部还设有用于对试验子结构的试验温度进行调节温控箱。所述混合加载反力装置包括：底部钢基座、钢反力架、作动器支撑平台以及作动器安装座，其中，底部钢基座上方一侧连接钢反力架，底部钢基座上方另一侧连接作动器支撑平台，作动器安装座上铰接连接有作动器；钢反力架和作动器之间设置试验子结构，所述钢反力架上临近作动器的一侧与试验子结构一端传力连接，试验子结构另一端与作动器的驱动部件刚性连接；所述钢反力架的底部通过第一位置调节机构实现钢反力架和作动器之间的直线间距的粗调节；所述钢反力架和试验子结构之间设有第二位置调节机构，通过第二位置调节机构实现钢反力架和作动器之间的直线间距的精细调节。所述第一位置调节机构包括调节钢板，调节钢板固定连接在钢反力架的底部，调节钢板与底部钢基座之间螺栓装配式连接，所述调节钢板上沿作动器的传力方向均匀间隔布置多个螺栓连接孔；通过调节钢反力架与底部钢基座之间调节螺栓孔对应位置实现钢反力架和作动器之间的直线间距的粗调节。所述第一位置调节机构包括滑块，所述滑块固定连接在钢反力架的底部，所述底部钢基座上沿作动器传力方向设有长槽，钢反力架的底部通过滑块在所述长槽内滑动连接，以调节钢反力架和作动器之间的直线间距，并通过锁止装置锁定。所述第二位置调节机构包括反力螺纹杆，所述反力螺纹杆设置于钢反力架与试验子结构之间，通过调节钢反力架与反力螺纹杆螺纹数目实现钢反力架和试验子结构之间间距的精细调节。所述作动器支撑平台上沿作动器的传力垂直方向均匀间隔若干个螺栓孔，所述作动器安装座与作动器支撑平台之间通过螺栓孔进行水平调节，保证作动器与试验子结构精准连接。所述螺栓为可升降螺栓，根据作动器尺寸大小，通过调节可升降螺栓的竖向位置，实现作动器连接杆、试验子结构处在同一水平直线。底部钢基座底部装有四个升降钢托盘，底部钢基座平台上安装有水准管，通过调节升降钢托盘的螺纹数目和观察水准管实现整个底部钢基座处于水平。相比于现有技术，本专利技术技术方案具有的有益效果为：第一、本专利技术实时混合动力试验方法中，混合加载反力装置可以根据不同尺寸大小的试验子结构进行结构调整，并且由于采用粗调和精调梯度调节，调节精度高。第二、本专利技术实时混合动力试验方法能够进行较大吨位的速度相关型试验子结构的实时混合试验，使其应用范围大幅度提高，能够更加真实的进行混合试验。第三、本专利技术数据采集模块针对DAC模块只能输出正电压，无法实现激振器正负拉力(需要输出正负电压)控制的技术问题，引入外围电路配合DAC模块的双通道模式，从而实现对电动式激振器的控制。外围电路包括反相放大电路、加法运算电路和分压电路。由于力传感器的信号输出包括正负电压(正电压表示压力，负电压表示拉力)，ADC模块只能识别正电压，因此需要利用加法运算电路将力信号和固定正电压相加后转化为可以识别的正电压，最后力信号和位移信号通过分压电路将信号压缩至ADC模块可以识别的电压范围内。附图说明图1为本专利技术的混合动力试验方法的功能框架图；图2为本专利技术等效力反馈控制原理图；图3为本专利技术混合加载反力装置的结构示意图；图4为本专利技术的实时混合动力试验方法的系统构成图；图5为本专利技术三层粘弹性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时混合动力试验方法，其特征在于，包括以下几个试验步骤：S1、在混合加载反力装置上安装试验子结构；S2、工程结构的数值计算模型在上位机中建立，上位机根据数值模型上施加的激励信号和初始化的响应信号计算出第一步的控制信号命令；S3、上位机通过数据通讯模块将控制信号命令传输到下位机，下位机接受控制信号命令；S4、下位机通过作动器驱动模块实时地将控制信号命令发送给功率放大器，功率放大器将信号放大实现对作动器的控制，具体是，所述作动器驱动模块的控制方式为等效力反馈控制，由DAC模块实现，由一反相放大电路和加法运算电路配合DAC模块的双通道模式，来实现作动器正、负拉力的控制，进而实现试验子结构的实时动力加载；S5、传感器包括位移传感器和力传感器，其中，力传感器用于对试验子结构受到的加载力进行实时反馈给数据采集模块；位移传感器用于对试验子结构发生的位移量进行实时反馈给数据采集模块，所述数据采集模块由ADC模块实现，加法运算电路将力信号和稳压电源发出的直流电压相加后转化为可以识别的正电压，分压电路将力信号和位移信号压缩至ADC模块可以识别的电压范围内，下位机根据采集到的电压信号计算出相应的力和位移真实数值；所述作动器驱动模块由DAC模块的双通道模式实现，反相放大电路将DAC模块通道一发送的正电压信号转化为负电压，加法电路将转化后的负电压和通道二发送的正电压相加后发送至功率放大器，当通道一发送正电压且通道二发送0V电压时，即可实现作动器产生拉力，需要输出负电压，当通道一发送0V电压且通道二发送正电压时，即可实现作动器产生压力，需要输出正电压；S6、下位机将数据采集模块反馈的力和位移数据通过数据通讯模块发送至上位机；S7、上位机根据接收到的试验子结构的力和位移数据，通过数值积分算法计算出速度、加速度和下一步的控制信号；S8、重复执行步骤S2‑步骤S7，直至激励信号结束。...

【技术特征摘要】
1.一种实时混合动力试验方法，其特征在于，包括以下几个试验步骤：S1、在混合加载反力装置上安装试验子结构；S2、工程结构的数值计算模型在上位机中建立，上位机根据数值模型上施加的激励信号和初始化的响应信号计算出第一步的控制信号命令；S3、上位机通过数据通讯模块将控制信号命令传输到下位机，下位机接受控制信号命令；S4、下位机通过作动器驱动模块实时地将控制信号命令发送给功率放大器，功率放大器将信号放大实现对作动器的控制，具体是，所述作动器驱动模块的控制方式为等效力反馈控制，由DAC模块实现，由一反相放大电路和加法运算电路配合DAC模块的双通道模式，来实现作动器正、负拉力的控制，进而实现试验子结构的实时动力加载；S5、传感器包括位移传感器和力传感器，其中，力传感器用于对试验子结构受到的加载力进行实时反馈给数据采集模块；位移传感器用于对试验子结构发生的位移量进行实时反馈给数据采集模块，所述数据采集模块由ADC模块实现，加法运算电路将力信号和稳压电源发出的直流电压相加后转化为可以识别的正电压，分压电路将力信号和位移信号压缩至ADC模块可以识别的电压范围内，下位机根据采集到的电压信号计算出相应的力和位移真实数值；所述作动器驱动模块由DAC模块的双通道模式实现，反相放大电路将DAC模块通道一发送的正电压信号转化为负电压，加法电路将转化后的负电压和通道二发送的正电压相加后发送至功率放大器，当通道一发送正电压且通道二发送0V电压时，即可实现作动器产生拉力，需要输出负电压，当通道一发送0V电压且通道二发送正电压时，即可实现作动器产生压力，需要输出正电压；S6、下位机将数据采集模块反馈的力和位移数据通过数据通讯模块发送至上位机；S7、上位机根据接收到的试验子结构的力和位移数据，通过数值积分算法计算出速度、加速度和下一步的控制信号；S8、重复执行步骤S2-步骤S7，直至激励信号结束。2.根据权利要求1所述的实时混合动力试验方法的试验方法，其特征在于，所述试验子结构外部还设有用于对试验子结构的试验温度进行调节温控箱。3.根据权利要求1所述实时混合动力试验方法，其特征在于，所述混合加载反力装置包括：底部钢基座、钢反力架、作动器支撑平台以及作...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐赵东，董尧荣，郭迎庆，王军健，陈实，李阳，陈笑，景兴建，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32