一种地震模拟振动台的实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种地震模拟振动台的实验装置，由主控制器、激励装置、振动装置以及采集装置组成；其中，激励装置包括伺服驱动器和伺服电机，振动装置包括振动台座和位于振动台座上的振动台，伺服电机通过传动机构与振动台传动连接；采集装置含有加速度传感器，加速度传感器设置在振动台上；激励装置和采集装置均与主控制器连接。本实用新型专利技术地震模拟振动台的实验装置结构简单、制备成本低，能够完成地震波形的再现。

【技术实现步骤摘要】
一种地震模拟振动台的实验装置
本技术涉及一种地震模拟振动台的实验装置，属于智能仪器

技术介绍
地震模拟振动台在建筑结构的抗震减震研究中具有十分重要的地位。它能够根据试验要求和期望重现地震环境，同时将结构模型在振动台下的响应情况，经过数据处理和理论分析转换为建筑结构在真实地震环境中的响应；这样不仅可以清楚的知道建筑结构的宏观抗震性能和地震作用下建筑结构的破环机理，还可以准确判断建筑结构的易受损部位。振动台的发展极大推进了建筑结构抗震和减震装置的研究进度。地震模拟振动台是集系统控制、激励输出、功能测试和数据处理等功能为一体的科学试验系统，它对地震环境下结构抗震和减震装置的研究具有深远的意义。在检测建筑结构模型的抗震能力和试验材料的减震能力时，地震模拟振动台能够根据试验的期望地震波形还原地震波，试验负载在振动台下的激励响应转换为真实地震波情况下的激励响应。随着对地震灾害的重视，许多国家已经着手地震模拟振动台研究并完成了振动台的建造，但是由于其存在明显的缺陷，导致无法广泛的推广和应用。根据目前振动台存在的问题和缺陷，开发一种控制性能好、场地适应性强的地震模拟振动台的实验装置很有必要。
技术实现思路
技术目的：本技术所要解决的技术问题是提供一种地震模拟振动台的实验装置，该实验装置实验装置结构简单、制备成本低，能够完成地震波形的再现。为解决上述技术问题，本技术所采用的技术方案为：一种地震模拟振动台的实验装置，由主控制器、激励装置、振动装置以及采集装置组成；其中，激励装置包括伺服驱动器和伺服电机，振动装置包括振动台座和位于振动台座上的振动台，伺服电机通过传动机构与振动台传动连接；采集装置含有加速度传感器，加速度传感器设置在振动台上；激励装置和采集装置均与主控制器连接。其中，所述传动机构为滚珠丝杆，滚珠丝杆位于振动台座上，振动台座上还设有轨道，振动台底部设有与轨道相互配合连接的滑块，振动台底部还设有与滚珠丝杆相互配合连接的滑套，振动台可沿着轨道在振动台座上水平向左或向右移动。其中，所述主控制器包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的数据读取和处理模块、零电压输出模块、延时模块、中断模块、模拟PWM波模块、模拟速度模块、隔离滤波模块和电压放大模块。其中，所述采集装置还包括位移传感器和速度传感器，采集装置通过加速度传感器、位移传感器和速度传感器采集振动台的加速度信号、位移信号和速度信号。其中，所述采集装置还包括采集数据存储模块，采集装置通过加速度传感器采集振动台的加速度信号。一方面采集装置将加速度传感器采集的数据以文本的形式保存到采集数据存储模块中(SD卡)，同时采集装置将数据通过模糊算法和PID控制算法进行误差补偿，完成对输出响应的跟踪和补偿。其中，所述振动台座由台面板、侧板I、侧板II、侧板III和侧板IV围合而成，其中，侧板I、侧板II、侧板III和侧板IV分别与台面板铰接，相邻侧板之间均通过竖直卡套固定连接。其中，所述主控制器的控制方法为PID闭环控制：首先，经过数据读取和处理模块将预存于SD卡中的原始地震波缩尺信号读取到内存中，同时将数据转换成用于数据处理和运算的double类型数据并存储到预先申请的内存中；然后，控制LED灯占空比使得输出端输出0模拟电压并延时，用于完成硬件电路连接；接着，进入中断中并设置中断时间，即完成对单个数据输出的时间设置；接着，结合中断时间并对中断时间拆分，结合主控制器输出特性，通过将单位时间的平均速度作为该时间点的瞬时速度，完成对加速度信号的模拟积分；再次，判断输入信号和采集信号的偏差情况确定数据流通过程，如果数据存在误差，会将偏差值输入到模糊控制算法中，经过模糊控制算法实时调节PID控制器的三个参数值，同时将偏差经过PID控制器，确定控制信号的输出情况；接着，经过模拟PWM，将PID输出的控制信号经过模拟PWM环节输出对应的PWM波信号，将PWM波信号先转换成用于控制伺服电机的电压信号，再将电压信号放大然后输出给伺服驱动器，伺服驱动器控制电机转动，完成对振动台的激励；最后，判断振动台的振动是否完成对地震波的再现，如果完成则结束，否则，再经过采集系统，采集振动台目标加速度数据，同时进行加速度模拟积分，再次进行误差补偿，形成PID闭环控制。上述地震模拟振动台的实验装置的实验方法，包括如下步骤：步骤1，搭建实验装置；步骤2，启动主控制器，主控制器根据需要模拟的地震波形对伺服驱动器发出模拟速度信号指令，伺服驱动器对伺服电机产生速度指令，使伺服电机按照所需转速转动，从而带动与伺服电机传动连接的振动台进行振动，振动台上的加速度传感器实时采集振动台的加速度信号，并将采集的加速度信号通过AD转换模块传输给主控制器；步骤3，主控制器接收到加速度传感器采集的加速度信号后，将采样信号与原始地震波缩尺加速度信号进行比较，当两者存在偏差，将偏差和偏差变化率通过模糊控制算法，输出PID控制三个参数的调整值，实时调节PID算法的参数，并将偏差与下一个时间节点用于控制的速度信号进行PID控制算法权加，实时调节输出；步骤4，重复步骤2和步骤3，直到所有待模拟的地震波数据全部模拟完成，将控制器的输出电压置0，试验结束。其中，步骤4中，当主控制器的输出电压置0后，此时若振动台没有回到平衡位置，则再次启动主控制器，输入相对于平衡位置的方向和距离，主控制器对伺服驱动器发出模拟速度指令信号，伺服控制器对伺服电机产生速度指令，使伺服电机按照所需转速转动，从而带动与伺服电机传动连接的振动台进行振动，使其回到平衡位置。与现有技术相比，本技术技术方案具有的有益效果是：本技术地震模拟振动台的实验装置以原始地震波的缩尺加速度信号为输入，通过对伺服电机精确控制，实现对小比例模型的振动台激励，实现地震波再现。附图说明图1为本技术地震模拟振动台的实验装置的结构示意图；图2为本技术地震模拟振动台的实验装置的系统原理图；图3为本技术地震模拟振动台的实验装置中主控制器控制方法的流程图；图4为数据读取和处理的流程图；图5为模拟PWM波的流程图；图6为模拟加速度积分的流程图；图7为本技术主控制器中将PWM波转换为用于电机控制的模拟电压信号的隔离滤波模块的电路原理图；图8为主控制器中电压放大电路的电路原理图；图9为空载情况下ELCentro波作用下加速度时程比较；图10为空载情况下Taft波作用下加速度时程比较；图11为振动台座的结构示意图；图12为竖直卡套的俯视图。具体实施方式以下结合附图对本技术的技术方案做进一步说明。如图1所示，本技术地震模拟振动台的实验装置，由主控制器1、激励装置、振动装置以及采集装置41组成；其中，激励装置包括伺服驱动器21和伺服电机22，伺服电机22的转动轴与传动机构33固定连接，传动机构33为滚珠丝杆，滚珠丝杆33放置在振动台座32上，振动装置包括振动台座32和振动台31，振动台座32上设有轨道34，振动台31底板设有与轨道34相互配合连接的滑块，振动台31底部还设有与滚珠丝杆33相互配合连接的滑套，当滚珠丝杆33转动时，振动台31沿着轨道34在振动台座32上水平向左或向右移动；采集装置含有加速度传感器42，加速度传感器42设置在振动台31上；激励装置和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种地震模拟振动台的实验装置，其特征在于：由主控制器、激励装置、振动装置以及采集装置组成；其中，激励装置包括伺服驱动器和伺服电机，振动装置包括振动台座和位于振动台座上的振动台，伺服电机通过传动机构与振动台传动连接；采集装置含有加速度传感器，加速度传感器设置在振动台上；激励装置和采集装置均与主控制器连接。

【技术特征摘要】
1.一种地震模拟振动台的实验装置，其特征在于：由主控制器、激励装置、振动装置以及采集装置组成；其中，激励装置包括伺服驱动器和伺服电机，振动装置包括振动台座和位于振动台座上的振动台，伺服电机通过传动机构与振动台传动连接；采集装置含有加速度传感器，加速度传感器设置在振动台上；激励装置和采集装置均与主控制器连接。2.根据权利要求1所述的地震模拟振动台的实验装置，其特征在于：所述传动机构为滚珠丝杆，滚珠丝杆位于振动台座上，振动台座上还设有轨道，振动台底部设有与轨道相互配合连接的滑块，振动台底部还设有与滚珠丝杆相互配合连接的滑套，振动台可沿着轨道在振动台座上水平向左或向右移动。3.根据权利要求1所述的地震模拟振动台的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭迎庆，冯通，徐赵东，景兴建，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32