基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，通过对双台三向六自由度振动台使用独立的控制器，且控制器之间使用实时共享内存卡通讯，从而实现在单台工作模式下，各单台三向六自由度振动台互不影响，可同时运行，提高系统试验效率。而在双台阵工作模式下，双台三向六自由度振动台将各自由度的推力信号实时发送给对方，两个控制器将自己和对方各自由度的推力信号作差后得到两台之间施加到试件上的附加内力。控制器对该内力进行处理运算后，将结果分别叠加到各自输出的驱动信号上，使作动器推动振动台台面沿产生该内力相反的方向进行相对运动。从而消除双台施加到试件上的附加内力，避免试件损坏和系统控制失稳。

【技术实现步骤摘要】
基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置
本专利技术涉及基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，属于电液伺服台阵系统的控制

技术介绍
振动台试验是最真实地评价结构体系非线性动力响应的方法，能够比较真实地再现地震过程，主要用于检验结构的抗震设计理论、方法和计算模型的正确性。目前电液伺服振动台试验是进行结构抗震研究的一个重要手段，并且已经得到了广泛应用。目前较先进的振动台一般具有三向六自由度，其典型结构如图1所示，振动台的台面上沿垂直向Z装有4个作动器（编号分别为：Z1，Z2，Z3，Z4），沿水平向X和Y分别装有2个作动器（X1，X2，Y1，Y2），台面在8个作动器的推动下可沿X、Y、Z轴平动（即X、Y、Z自由度）或绕X、Y、Z轴转动（即Roll、Pitch、Yaw自由度）。每个作动器内部安装有位移传感器，振动台面上装有加速度传感器，控制器的数采模块采集传感器信号并实时计算振动台的位置和加速度信息。受现有振动台本身承载能力及台面尺寸的局限，很难满足大跨度的桥梁、房屋等结构的试验需求。目前解决上述问题的方法有：1、进一步缩小模型尺寸。但缩尺模型的振动台试验要求所有参数均满足相似原理，这在实际中很难做到，且模型缩小的越多，试验结果与原型试验相差的越多。2、增大振动台台面尺寸和负载能力。但振动台的增大必然导致系统建设成本、维护费用和试验费用增加，建造周期增长等，且无限增大振动台规模也是不现实的。3、使用双振动台或多振动台组成振动台阵。但该技术存在以下局限：3.1、当试件刚度很大时，双台之间的微小位移误差都会引起试件的附加内力，从而导致试件产生非预期的破坏，现有技术并未充分考虑该因素的影响。3.2、由于两单台在Pitch和Yaw自由度分别绕各自的Y轴和Z轴转动，转轴位置不同，当双台组合使用时，双台在该两个自由度无法实现同步运动，导致组合后的大台仅剩X，Y，Z，Roll四个运动自由度。3.3、现有技术一般使用一个控制器来控制组成台阵的多个振动台，当作为单台使用时同一时间内仅能控制一个单台进行试验，其他单台处于闲置状态，降低了使用效率。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供了基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，具体技术方案如下：基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，包括两台三向六自由度振动台、用来控制第一台三向六自由度振动台运动的A台控制器、用来控制第二台三向六自由度振动台运动的B台控制器，所述三向六自由度振动台包括振动台面、X向底座、安装在振动台面与X向底座之间且用来对振动台面的X向进行加载的X向作动器、Y向底座、安装在振动台面与Y向底座之间且用来对振动台面的Y向进行加载的Y向作动器、Z向底座、安装在振动台面与Z向底座之间且用来对振动台面的Z向进行加载的Z向作动器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均在内部安装有位移传感器和压力传感器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均设置有用来控制其运动的伺服阀，振动台面处安装有加速度传感器，位移传感器、压力传感器和加速度传感器所采集得到的采集信号传输给A台控制器或B台控制器，采集信号经过运算得到运算信息，将运算信息与命令信号作比较，经二次运算与D/A转换，输出驱动信号，再经功率放大后，输出给伺服阀，调节伺服阀开度，实现三向六自由度振动台的闭环控制。作为上述技术方案的改进，当两台三向六自由度振动台独自工作时，两台振动台面之间不安装有任何刚性试件，A台控制器和B台控制器分别独自工作并不进行通讯。作为上述技术方案的改进，当两台三向六自由度振动台组成台阵工作时，两台振动台面之间固定安装有刚性试件，A台控制器和B台控制器之间通过实时共享内存卡进行通讯；所述运算信息是通过对位移信号、压力信号、加速度信号进行实时计算得出对应的振动台面的位置、推力信号、加速度信息；台阵的命令信号由A台控制器输入且同步输出给B台控制器，同时两台三向六自由度振动台将各自由度的推力信号实时发送给对方，A台控制器和B台控制器将两台三向六自由度振动台各自由度的推力信号作差后得到两台三向六自由度振动台各自施加到试件上的附加内力；经过A台控制器和B台控制器的处理运算后，将运算结果分别叠加到对应A台控制器和B台控制器所输出的驱动信号上，使对应的X向作动器/Y向作动器/Z向作动器推动振动台面沿产生的附加内力相反方向进行相对运动；运算公式为：其中，CAi为叠加到A台三向六自由度振动台各自由度驱动信号上的值，CBi为叠加到B台三向六自由度振动台各自由度驱动信号上的值，GAi为A台三向六自由度振动台各自由度叠加值的调节增益，GBi为B台三向六自由度振动台各自由度叠加值的调节增益，FAi为A台三向六自由度振动台合成的各自由度的推力值，FBi为B台三向六自由度振动台合成的各自由度的推力值，A台三向六自由度振动台即第一台三向六自由度振动台，B台三向六自由度振动台即第二台三向六自由度振动台。其中，作动器位移是指X向作动器/Y向作动器/Z向作动器的位移值，HDA为A台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，HDB为B台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，为以台面中心为原点时的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵；为A台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为B台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为以台面中心为原点时作动器位移到自由度位移的合成矩阵，台面中心为振动台面的中心点。作为上述技术方案的改进，当两台三向六自由度振动台组成台阵工作时，台阵的转轴中心为两台振动台面中心连线的中点，设两台振动台面的中心距离为2l，两台三向六自由度振动台的自由度位移与作动器位移之间的解耦矩阵和合成矩阵为：其中，作动器位移是指X向作动器/Y向作动器/Z向作动器的位移值，HDA为A台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，HDB为B台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，为以点为原点时自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，为以点为原点时自由度位移到作动器位移的解耦矩阵；为A台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为B台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为以点为原点时作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为以点为原点时作动器位移到自由度位移的合成矩阵。作为上述技术方案的改进，所述振动台面在各自由度的位移分别设为XD，YD，ZD，RD，PD，WD；振动台面在扭曲自由度上的值分别为TD，VD；两个X向作动器的位移值分别为XD1，XD2；两个Y向作动器的位移值分别为YD1，YD2；四个Z向作动器的位移值分别为ZD1，ZD2，ZD3，ZD4；两个X向作动器之间球铰距离为2l1，两个Y向作动器之间球铰距离为2l1，四个Z向作动器相互之间呈等间距设置，相邻两个Z向作动器之间球铰距离为2l2，Cx是台阵的转轴位置相对于以原振动台面中心为原点的转轴位置沿X向的平移距离，Cy是台阵的转轴位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，其特征在于，包括两台三向六自由度振动台、用来控制第一台三向六自由度振动台运动的A台控制器、用来控制第二台三向六自由度振动台运动的B台控制器，所述三向六自由度振动台包括振动台面、X向底座、安装在振动台面与X向底座之间且用来对振动台面的X向进行加载的X向作动器、Y向底座、安装在振动台面与Y向底座之间且用来对振动台面的Y向进行加载的Y向作动器、Z向底座、安装在振动台面与Z向底座之间且用来对振动台面的Z向进行加载的Z向作动器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均在内部安装有位移传感器和压力传感器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均设置有用来控制其运动的伺服阀，振动台面处安装有加速度传感器，位移传感器、压力传感器和加速度传感器所采集得到的采集信号传输给A台控制器或B台控制器，采集信号经过运算得到运算信息，将运算信息与命令信号作比较，经二次运算与D/A转换，输出驱动信号，再经功率放大后，输出给伺服阀，调节伺服阀开度，实现三向六自由度振动台的闭环控制。/n

【技术特征摘要】
1.基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，其特征在于，包括两台三向六自由度振动台、用来控制第一台三向六自由度振动台运动的A台控制器、用来控制第二台三向六自由度振动台运动的B台控制器，所述三向六自由度振动台包括振动台面、X向底座、安装在振动台面与X向底座之间且用来对振动台面的X向进行加载的X向作动器、Y向底座、安装在振动台面与Y向底座之间且用来对振动台面的Y向进行加载的Y向作动器、Z向底座、安装在振动台面与Z向底座之间且用来对振动台面的Z向进行加载的Z向作动器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均在内部安装有位移传感器和压力传感器，X向作动器、Y向作动器和Z向作动器均设置有用来控制其运动的伺服阀，振动台面处安装有加速度传感器，位移传感器、压力传感器和加速度传感器所采集得到的采集信号传输给A台控制器或B台控制器，采集信号经过运算得到运算信息，将运算信息与命令信号作比较，经二次运算与D/A转换，输出驱动信号，再经功率放大后，输出给伺服阀，调节伺服阀开度，实现三向六自由度振动台的闭环控制。


2.根据权利要求1所述的基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，其特征在于，当两台三向六自由度振动台独自工作时，两台振动台面之间不安装有任何刚性试件，A台控制器和B台控制器分别独自工作并不进行通讯。


3.根据权利要求1所述的基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，其特征在于，当两台三向六自由度振动台组成台阵工作时，两台振动台面之间固定安装有刚性试件，A台控制器和B台控制器之间通过实时共享内存卡进行通讯；所述运算信息是通过对位移信号、压力信号、加速度信号进行实时计算得出对应的振动台面的位置、推力信号、加速度信息；台阵的命令信号由A台控制器输入且同步输出给B台控制器，同时两台三向六自由度振动台将各自由度的推力信号实时发送给对方，A台控制器和B台控制器将两台三向六自由度振动台各自由度的推力信号作差后得到两台三向六自由度振动台各自施加到试件上的附加内力；经过A台控制器和B台控制器的处理运算后，将运算结果分别叠加到对应A台控制器和B台控制器所输出的驱动信号上，使对应的X向作动器/Y向作动器/Z向作动器推动振动台面沿产生的附加内力相反方向进行相对运动；
运算公式为：



其中，CAi为叠加到A台三向六自由度振动台各自由度驱动信号上的值，CBi为叠加到B台三向六自由度振动台各自由度驱动信号上的值，GAi为A台三向六自由度振动台各自由度叠加值的调节增益，GBi为B台三向六自由度振动台各自由度叠加值的调节增益，FAi为A台三向六自由度振动台合成的各自由度的推力值，FBi为B台三向六自由度振动台合成的各自由度的推力值，A台三向六自由度振动台即第一台三向六自由度振动台，B台三向六自由度振动台即第二台三向六自由度振动台。


4.根据权利要求2所述的基于电液伺服的双台阵系统大刚度试件试验装置，其特征在于，当两台三向六自由度振动台独自工作时，两台三向六自由度振动台的自由度位移与作动器位移之间的解耦矩阵和合成矩阵分别为：



其中，作动器位移是指X向作动器/Y向作动器/Z向作动器的位移值，HDA为A台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，HDB为B台三向六自由度振动台的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵，为以台面中心为原点时的自由度位移到作动器位移的解耦矩阵；为A台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成矩阵，为B台三向六自由度振动台的作动器位移到自由度位移的合成...

【专利技术属性】
技术研发人员：田金，王展，柴伟超，陈明华，
申请(专利权)人：北京博科测试系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11