【正文】 *m。(2)中國(guó)水利水電科學(xué)研究院擁有5m5m電液伺服式三向六自由度寬頻域模擬地震振動(dòng)臺(tái)。該振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)室是土木工程防災(zāi)國(guó)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)。國(guó)內(nèi)目前主要研究及應(yīng)用現(xiàn)狀：(1)同濟(jì)大學(xué)地震模擬振動(dòng)臺(tái)在朱伯龍教授的領(lǐng)導(dǎo)下于1983年7月建成，原來(lái)為X、Y兩向振動(dòng)臺(tái)，90年代進(jìn)行了多次改造，主要改造內(nèi)容為：雙向振動(dòng)臺(tái)升級(jí)至三向六自由度；模型質(zhì)量由15噸升級(jí)至25噸；控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的升級(jí)等。振動(dòng)臺(tái)主要可以分成三大類：機(jī)械式、電動(dòng)式及電液式。目前，世界上已建成上百座模擬地震振動(dòng)臺(tái)，其中以日本擁有的數(shù)量為最多，規(guī)模最大。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(zhǎng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了抗震研究工作的需要。 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)外振動(dòng)臺(tái)的發(fā)展以前，抗震試驗(yàn)主要是采用野外原型試驗(yàn)。本論文將要研究設(shè)計(jì)的地震體驗(yàn)裝置，是采用電液伺服控制方式，對(duì)于幫助人們獲得地震方面的感性認(rèn)識(shí)，顯現(xiàn)“地動(dòng)山搖”的場(chǎng)景，試驗(yàn)相關(guān)建筑模型是非常合適的，因而也最適于教學(xué)及研究成果的示范和檢驗(yàn)，這就為這套地震體驗(yàn)系統(tǒng)的提出奠定了應(yīng)用基礎(chǔ)。鑒于液壓裝置有如此的優(yōu)點(diǎn)，所以目前地震模擬振動(dòng)臺(tái)大都采用液壓驅(qū)動(dòng)方式。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(lái)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。地震模擬振動(dòng)臺(tái)是通過(guò)臺(tái)面的運(yùn)動(dòng)對(duì)試體或結(jié)構(gòu)模型輸入地面運(yùn)動(dòng)，模擬地震對(duì)試體或結(jié)構(gòu)模型作用的全過(guò)程，進(jìn)行結(jié)構(gòu)或模型的動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)的試驗(yàn)。而普及地震知識(shí)、掌握避震抗震技巧是預(yù)防地震災(zāi)害的重要手段，與每個(gè)人息息相關(guān)，地震體驗(yàn)可以寓教于樂(lè)，提高全民防震抗震意識(shí)。因此，世界各國(guó)都很重視地震振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)和地震振動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)工作。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(duì)地震防范工作的展開(kāi)，因而在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有相當(dāng)重要的地位。故而在目前被廣泛應(yīng)用。地震模擬振動(dòng)臺(tái)是包括土建、振動(dòng)、電子、機(jī)械液壓傳動(dòng)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)等在內(nèi)的多學(xué)科綜合性技術(shù)。另外，雖然目前對(duì)地震機(jī)理的理論研究很多，但是通常需要到模擬試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化。為了減少損失，對(duì)于地震多發(fā)地帶，特別是對(duì)學(xué)校、車站以及中高層建筑這些人員密集場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，對(duì)它們的抗震試驗(yàn)尤為重要。由上面三種原因決定，地震預(yù)報(bào)到目前仍是世界難題。這一點(diǎn)我們可能都能感覺(jué)到，全球每年都有地震發(fā)生，有些還是比較大的地震。相關(guān)專家通過(guò)多年的研究，現(xiàn)在逐漸認(rèn)識(shí)到地震孕育、發(fā)生、發(fā)展的過(guò)程十分復(fù)雜，在不同的地理構(gòu)造環(huán)境、不同的時(shí)間階段，不同震級(jí)的地震都顯示出相當(dāng)復(fù)雜的孕育規(guī)律過(guò)程。正所謂上天容易入地難，我們對(duì)地下發(fā)生的變化，只能通過(guò)對(duì)地表現(xiàn)象的觀測(cè)來(lái)推測(cè)。到目前為止，地震預(yù)測(cè)仍然是世界難題。破壞性地震發(fā)生之前，人們對(duì)地震有沒(méi)有防御，防御工作做得好與否將會(huì)大大影響到經(jīng)濟(jì)損失的大小和人員傷亡的多少。房屋等建筑物的質(zhì)量好壞、抗震性能如何，直接影響到受災(zāi)的程度。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。這樣，發(fā)生較大的地震時(shí)，人們一般會(huì)先感覺(jué)到上下顛簸，過(guò)數(shù)秒到十幾秒后才感覺(jué)到有很強(qiáng)的水平晃動(dòng)。振動(dòng)方向與傳播方向垂直的波為橫波(S波)，來(lái)自地下的橫波能引起地面的水平方向晃動(dòng)，橫波是地震時(shí)造成建筑物破壞的主要原因。地震時(shí)，在地球內(nèi)部出現(xiàn)的彈性波叫做地震波，地震波主要包含縱波和橫波。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)。另外，由于伺服閥等的非線性影響及臺(tái)架與試件的共同作用，本裝置在本質(zhì)上是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性系統(tǒng)。 本論文在符合設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上提出了合理的液壓原理設(shè)計(jì)，并就部分關(guān)鍵部件進(jìn)行了相關(guān)功能和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 該地震體驗(yàn)系統(tǒng)主要通過(guò)一套激振系統(tǒng)，依靠輸入的各種地震波形和頻率等相關(guān)參數(shù)，在一維方向上把地震效果進(jìn)行精確模擬，使體驗(yàn)人員獲得類似的振動(dòng)體驗(yàn)。梧 州 學(xué) 院畢 業(yè) 論 文論文題目 簡(jiǎn)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(jí) 學(xué) 號(hào) 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(jiǎn)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(lái)得到了迅速發(fā)展，已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)產(chǎn)業(yè)部門。振動(dòng)臺(tái)主要由臺(tái)面及支撐系統(tǒng)、液壓激振系統(tǒng)、液壓油源系統(tǒng)和控制系統(tǒng)四大模塊組成，多以位移控制為基礎(chǔ)進(jìn)行地震波形的模擬。同時(shí)，通過(guò)對(duì)減震模式的相關(guān)設(shè)置還可以用來(lái)驗(yàn)證各種減振材料或結(jié)構(gòu)的減振效果。該地震體驗(yàn)裝置的突出特點(diǎn)是采用了以2D數(shù)字換向閥為控制閥的電液伺服系統(tǒng)，電液伺服系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)剛度大，控制精度高，響應(yīng)速度快，能高速啟動(dòng)、制動(dòng)和反向等優(yōu)點(diǎn)，因而可組成體積小，重量輕，加速能力強(qiáng)，快速動(dòng)作和控制精度高的伺服系統(tǒng)來(lái)控制較大的功率和負(fù)載。為了能更清楚的顯示其內(nèi)部控制關(guān)系，通過(guò)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。它就象刮風(fēng)、下雨、閃電、山崩、火山爆發(fā)一樣，是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然現(xiàn)象。振動(dòng)方向與傳播方向一致的波為縱波(P波)，來(lái)自地下的縱波引起地面上下方向顛簸振動(dòng)。由于縱波在地球內(nèi)部傳播速度大于橫波，所以在地震時(shí)，縱波總是先到達(dá)地表，而橫波總落后一步。地震，如果發(fā)生在沒(méi)有人煙的高山、沙漠或者海底，即使震級(jí)再大，也不會(huì)造成傷亡或損失。地震時(shí)房屋等建筑物的倒塌和嚴(yán)重破壞，是造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失最重要的直接原因之一。因此，必須做好建筑物的抗震設(shè)防工作。防御工作做得好，就可以有效地減輕地震帶來(lái)的災(zāi)害損失。這種狀況由三方面因素所決定：第一，地球的不可入性。第二，地震孕育規(guī)律的復(fù)雜性。第三，地震發(fā)生的小概率性。但是對(duì)于某一個(gè)地區(qū)來(lái)說(shuō)，地震發(fā)生的重復(fù)性時(shí)間是很長(zhǎng)的，幾十年、幾百年、上千年，而進(jìn)行科學(xué)研究的話，都有統(tǒng)計(jì)樣本，而這個(gè)樣本的獲取，在有生之年都有可能非常困難。可是隨著現(xiàn)代高科技的迅猛發(fā)展，人們對(duì)高層建筑、大壩等工程的安全問(wèn)題越來(lái)越重視。通過(guò)對(duì)過(guò)去一些地震的研究分析，發(fā)現(xiàn)絕大部分的人員傷亡來(lái)自于建筑物的坍塌，不少人還因?yàn)闆](méi)有經(jīng)歷過(guò)類似的地震體驗(yàn)，沒(méi)有相應(yīng)的心理準(zhǔn)備，故而在地震來(lái)臨時(shí)驚慌失措，從而導(dǎo)致人身傷害。如今這種運(yùn)用地震模擬振動(dòng)臺(tái)對(duì)模型和理論進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化的形式是被公認(rèn)為最能模擬真實(shí)的地動(dòng)環(huán)境的措施之一。就驅(qū)動(dòng)方式而言可以分為電液伺服方式和電動(dòng)式，由于電液伺服方式具有低頻時(shí)推力大，位移大，而且系統(tǒng)剛度大，控制精度高，響應(yīng)速度快，能高速啟動(dòng)、制動(dòng)和反向等特點(diǎn)，因而可組成體積小，重量輕，易于搬運(yùn)安裝，加速能力強(qiáng)，快速動(dòng)作和控制精度高的伺服系統(tǒng)來(lái)控制較大功率和負(fù)載。 本課題的選題意義在對(duì)地震機(jī)理的理論研究過(guò)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