【正文】 課題的選題意義在對地震機(jī)理的理論研究過程中，通常需要到模擬試驗(yàn)臺(tái)上驗(yàn)證和優(yōu)化，地震模擬振動(dòng)臺(tái)就為我們提供了一種很好的方法和手段?？墒请S著現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展，人們對高層建筑、大壩等工程的安全問題越來越重視。這種狀況由三方面因素所決定：第一，地球的不可入性。地震，如果發(fā)生在沒有人煙的高山、沙漠或者海底，即使震級再大，也不會(huì)造成傷亡或損失。為了能更清楚的顯示其內(nèi)部控制關(guān)系，通過一系列線性化的手段，本論文在分析電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)的設(shè)備構(gòu)成及其物理機(jī)理的基礎(chǔ)上，給出了地震體驗(yàn)系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并以此進(jìn)行了SIMULINK的仿真和分析，為進(jìn)一步調(diào)整及優(yōu)化提出了一系列的設(shè)想和展望。梧 州 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文論文題目 簡易地震模擬振動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 別 電子信息工程系 專 業(yè) 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師（簽名） 完成時(shí)間 年 月58摘要本論文提出一套簡易地震模擬體驗(yàn)系統(tǒng)的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)原型是電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)，電液伺服地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)是地震工程重要的研究手段，近幾年來得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門。關(guān)鍵詞：地震 電液伺服控制 2D數(shù)字閥The design is of the system of the simpleeasyearthquake vibration simulationAbstractThe earthquake—experienced system discussed here is actually an earthquake shaking table controlled by electro—hydraulic servo system．Shaking table test is an important earthquake engineering research tool．And this tool has been achieved a rapid development in recent years，and it is used in various industrial sectors now．The system mainly posed of four modules：the vibration table and support system，hydraulic vibration system，hydraulic oil system and control system．Most of shaking tables，their seismic wave simulation is based on displacement control．The earthquakeexperienced system relies on the importation of all kinds of seismic wave and frequency，and other relevant parameters．In the direction of the one dimensional，this seismic effect can be accurately simulated by its hydraulic vibration system，So that staff may get a similar experience of earthquakes．In addition，through it can also be used to validate the damping vibration effect of many kinds of material or structure．In order to achieve those required function，some key ponents of the relevant functional and structural design are selected here．The earthquakeexperienced system uses 2Ddigital valve as the control of electrohydraulic servo system which it has many advantages，like the high precision，fast response，action of highspeed，brake and reverse，etc．What is more，because of the servo valve，and other ponents that it have nonlinear impact in essence，and the system is a very plicated nonlinear system in essence．In order to get its internal relationship among plicate parameters，the linearization of electrohydraulic servo system is needed．A simple mathematical model is established．And the result of the simulation shows the earthquakeexperienced system is feasibility．Key word：earthquake electrohydraulic servo control 2D digital valve目錄第一章 緒 論.........................................................1 1 3 7 8第二章 振動(dòng)臺(tái)的組成及工作原理........................................9 9 10 研究的振動(dòng)臺(tái)的功能 17第三章 6自由度振動(dòng)的控制設(shè)計(jì)分析....................................18 6自由度振動(dòng)臺(tái)系統(tǒng)的構(gòu)造 18 自由度的合成方法及分析矩陣 19 三狀態(tài)控制器 20 23 25 本章小結(jié) 26第四章 液壓系統(tǒng)功能原理設(shè)計(jì).........................................27 27 30 本章小結(jié) 45第五章 振動(dòng)臺(tái)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析.......................................46 臺(tái)面設(shè)計(jì) 46 水平X向振動(dòng)連接 48 垂直Z方向平動(dòng)連接機(jī)構(gòu) 49第六章 總結(jié).........................................................51參考文獻(xiàn)............................................................52致謝................................................................53附錄................................................................54第一章 緒論 本課題研究的背景與意義 本課題的研究背景地震就是地球表層的快速振動(dòng)，在古代又稱為地動(dòng)。相反，如果地震發(fā)生在人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、社會(huì)財(cái)富集中的地區(qū)，特別是在大城市，就可能造成巨大的災(zāi)害。正所謂上天容易入地難，我們對地下發(fā)生的變化，只能通過對地表現(xiàn)象的觀測來推測。為了減少損失，對于地震多發(fā)地帶，特別是對學(xué)校、車站以及中高層建筑這些人員密集場所來說，對它們的抗震試驗(yàn)尤為重要。地震模擬振動(dòng)臺(tái)作為振動(dòng)試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，其性能直接影響到試驗(yàn)的結(jié)果，其水平在很大程度上影響到對地震防范工作的展開，因而在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有相當(dāng)重要的地位。振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)較好地體現(xiàn)了模型的抗震性能，但是在由模型的試驗(yàn)結(jié)果來推算原型結(jié)構(gòu)的抗震性能，這方面尚未形成非常一致的結(jié)論，還存在一定的誤差，有待于進(jìn)一步提高精度。但是由于強(qiáng)震較少而且受到地震預(yù)報(bào)的約束，故而用該方法取得數(shù)據(jù)的機(jī)會(huì)較少，試驗(yàn)周期較長，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了抗震研究工作的需要。該振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)室是土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的一部分，技術(shù)負(fù)責(zé)人為呂西林教授，目前已經(jīng)完成試驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量近500項(xiàng)。m。m。研制生產(chǎn)振動(dòng)臺(tái)或振動(dòng)臺(tái)部件的公司也越來越多，其中有MTS公司、SHOREWEST公司、SD公司、IST公司、JAGUAR公司、SERVOTEST公司等等，這也促進(jìn)了振動(dòng)臺(tái)本身的發(fā)展。我國特別是20世紀(jì)80年代到90年代對液壓行業(yè)進(jìn)行了重點(diǎn)改造，有計(jì)劃地加速對國外先進(jìn)液壓元件和技術(shù)的引進(jìn)、消化、吸收工作，追趕世界先進(jìn)水平。此外，還可能有各種校正裝置以及不包括在控制回路內(nèi)的能源裝置以及其它輔助裝置等?；诒狙b置的應(yīng)用環(huán)境，在實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能外，該液壓系統(tǒng)要求輕污染、低噪聲、節(jié)能并且方便故障檢測。第二章 振動(dòng)臺(tái)的組成及工作原理 振動(dòng)臺(tái)的工作原理地震模擬振動(dòng)臺(tái)(以下簡稱振動(dòng)臺(tái))的工作原理是，把試驗(yàn)對象放在一個(gè)足夠剛性的臺(tái)面上，通過動(dòng)力加載設(shè)備使臺(tái)面實(shí)現(xiàn)各種類型的地震波，使得試驗(yàn)對象隨之產(chǎn)生類似地震作用下的振動(dòng)。下面將闡述一下7部分的組成結(jié)構(gòu)和原理。此類基礎(chǔ)本身剛度大，地基彈性變形引起機(jī)器的振動(dòng)，基礎(chǔ)一般當(dāng)作是剛體，振動(dòng)幅值主要受地基的剛度(地基基床系數(shù))的影響。 臺(tái)面目前在臺(tái)面材料上有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，鋼焊結(jié)構(gòu)和鋁合金結(jié)構(gòu)等。實(shí)現(xiàn)對作動(dòng)缸的快速、精確的控制。電液伺服閥種類較多。因此，主閥芯的位移量就能精確地隨著電流的大小和方向而變化，從而控制通向液壓執(zhí)行元件的流量和壓力。在系統(tǒng)運(yùn)行中可能會(huì)因?yàn)閳?zhí)行元件密封不完善或元件老化等原因帶入污染物，由于電液伺服閥等精密元件對液壓油的要求很高，所以在進(jìn)油回路和回油回路中都裝有濾油器。表22 各種型號單旋片液壓泵參數(shù)表型號電壓最終壓力Mbar抽吸速度m3/h L/min重量KgPS20220V 選剛的儀器設(shè)備具體是這樣的，加速度信號采用CAYD和LC加速度傳感器進(jìn)行采集【2】，位移信號采用LVDT傳感器進(jìn)行采集，應(yīng)變與荷載信號采用NI的SCXI625I，SCXI1520，SCXI1540，SCXIl125和SCXI4472采集板進(jìn)行采集與調(diào)理。伺服控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖31所示，主要由自由度合成及分解控制器、三狀態(tài)控制器和壓力鎮(zhèn)定控制器3部分組成。X向液壓固有頻率只有45 Hz左右，而且液壓動(dòng)力機(jī)構(gòu)的阻尼比很小，系統(tǒng)穩(wěn)定裕量低?？傻茫? 圖32 三反饋控制系統(tǒng)方框圖 （6）令式（5）等于式（6），可求得三反饋系數(shù)為： （7）三狀態(tài)順饋的作用是在三反饋調(diào)節(jié)完成后的系統(tǒng)中串入，對消閉環(huán)傳遞函數(shù)中距離虛軸較近的極點(diǎn)，達(dá)到擴(kuò)展系統(tǒng)頻寬的目的。其他5個(gè)自由度三狀態(tài)控制器的設(shè)計(jì)方法類同。振動(dòng)臺(tái)X自由度液壓固有頻率約為45Hz，若不采用三狀態(tài)控制器，X自由度的加速度頻寬不到20Hz。表31 工作零位時(shí)激振器壓差表激振器初始狀態(tài)壓差（MPa）壓力鎮(zhèn)定調(diào)節(jié)后壓差（MPa）X1X2Y1Y2Z1Z2Z3Z4 本章小結(jié)給出了6自由度液壓振動(dòng)臺(tái)伺服控制原理及實(shí)現(xiàn)方式。在波形圖中，每一組的第一個(gè)曲線表示振動(dòng)加速的波形，第二個(gè)曲線表示功率譜，第三個(gè)曲線為第二個(gè)曲線的局部放大圖。表41 液壓執(zhí)行元件類型、特點(diǎn)及適用場合對比表名稱特點(diǎn)適用場合雙活塞桿液壓缸雙向?qū)ΨQ雙向工作的往復(fù)運(yùn)動(dòng)單活塞桿液壓缸有效工作面積大、雙向不對稱往返不對稱的直線運(yùn)動(dòng)。(2)了解振動(dòng)臺(tái)對性能的要求，通常應(yīng)了解如下幾個(gè)方面：A．振動(dòng)臺(tái)對負(fù)載特性、運(yùn)動(dòng)方式和精度的要求。(3)明確液壓系統(tǒng)的使用條件和環(huán)境情況。：摩擦負(fù)載為液壓缸驅(qū)動(dòng)工作機(jī)構(gòu)時(shí)所克服的機(jī)械摩擦阻力。 確定液壓系統(tǒng)主要參數(shù)壓力和流量是液壓系統(tǒng)最主要的兩個(gè)參量。下表42是目前我國幾種機(jī)器常用的系統(tǒng)工作液壓，它反映了這些系統(tǒng)的特點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)，可參考選用。磨床組合機(jī)床龍門刨床拉床系統(tǒng)液壓（MPa）～23～52～88～1010～1620～32初步選定液壓缸的工作壓力P1=4Mpa。2)提高系統(tǒng)的工作效率，防止系統(tǒng)過熱。這樣不但便于選擇，也便于維護(hù)。根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和液壓泵的最大排量，查產(chǎn)品樣本，可知該型號液壓泵的額定功率為98KW。由實(shí)際情況，活塞桿的直徑無需驗(yàn)算其強(qiáng)度和抗彎性能，缸筒壁厚的驗(yàn)算由四方面組成，額定工作壓力=10MPa。從而帶動(dòng)振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)，形成閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)波形再現(xiàn)控制。這樣控制閥使活塞完全跟蹤著動(dòng)圈上下運(yùn)動(dòng)的規(guī)律而運(yùn)動(dòng)。電液伺服閥用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)變化的流量，該流量用于驅(qū)動(dòng)伺服油缸的活塞及其通過驅(qū)動(dòng)連接機(jī)構(gòu)剛性連接的臺(tái)架按照地震的振動(dòng)波形作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，仿波形通過位移傳感器檢量與實(shí)際的地震波形相比較，經(jīng)電液伺服閥修正輸出流量以保證活塞及臺(tái)架的運(yùn)動(dòng)波形與地震波形一致。管道直徑按