CN103245475B - 基于模糊控制的竖向地震模拟实验台 - Google Patents

基于模糊控制的竖向地震模拟实验台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，包括试验台架、地震模拟装置和隔震液压装置，其特征是：试验台架由支架底座和支架构成；地震模拟装置由地震模拟液压缸和伺服比例阀构成，地震模拟液压缸安装在试验台架的支架底座上；隔震液压装置包括上隔震液压缸和下隔震液压缸，上隔震液压缸和下隔震液压缸的活塞杆相对，且通过负载挂架刚性连接在一起，下隔震液压缸的缸体连接在地震模拟液压缸的活塞杆上，上隔震液压缸的缸体与设在支架上部的连接板刚性连接，在地震模拟液压缸的活塞杆上连接有第一位置传感器，在负载挂架上连接有第二位置传感器。其优点是：用来模拟竖向地震、数据采集和数据处理实时准确。

Description

基于模糊控制的竖向地震模拟实验台
技术领域
本发明属于地震模拟实验装置领域，涉及一种基于模糊控制的竖向地震模拟实验台。具体地说是一种以液压为驱动方式，以基于模糊控制的电液伺服控制系统，用来模拟竖向地震的试验装置。主要用于液压缸式竖向隔震装置的性能试验。
背景技术
国内外在地震模拟试验台方面的研究多只限于机械和电气技术，属于大型设备，不仅结构复杂、体积庞大、造价高昂，而且响应精度低，不能真实模拟地震波。而液压技术尤其独特的优点，频响高，流量和压力易控制，设计合理能够很好的模拟地震信号，目前很少有将液压技术应用于地震模拟研究领域。
传统的结构隔震装置的性能试验一般需要制作结构的比例模型，安装好隔震装置，在实验台上进行地震模拟实验。这种方法成本高、周期长、结构复杂、对实验设备性能要求高。
电液伺服控制系统具有良好的控制性能和鲁棒性，并且造价低廉，在工程中得到了广泛的应用。基于模糊控制的伺服比例阀控液压缸，由于运用了位置反馈控制方式，具有响应迅速，超调小等特点，因此适合小型隔震装置地震模拟实验。目前，应用电液伺服控制系统的液压驱动竖向地震模拟试验台还未见报道。
所谓模糊控制，就是在控制方法上应用模糊集理论、模糊语言变量及模糊逻辑推理的知识来模拟人的模糊思维方法，用计算机实现与操作者相同的控制。该理论以模糊集合、模糊语言变量和模糊逻辑为基础，用比较简单的数学形式直接将人的判断、思维过程表达出来，从而逐渐得到了广泛应用。应用领域包括图像识别、自动机理论、语言研究、控制论以及信号处理等方面。在自动控制领域，以模糊集理论为基础发展起来的模糊控制为将人的控制经验及推理过程纳入自动控制提供了一条便捷途径。
发明内容
本发明的目的是提供一种以液压为驱动方式、以基于模糊控制的电液伺服控制系统用来模拟竖向地震、结构紧凑、安装方便、运行稳定、操作简便、数据采集和数据处理实时准确的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台。
本发明的目的是由以下方式实现的：
本发明包括试验台架、地震模拟装置和隔震液压装置，其中：试验台架由支架底座和竖直安装在支架底座上的支架构成；地震模拟装置由地震模拟液压缸和与地震模拟液压缸连接的伺服比例阀构成，地震模拟液压缸安装在试验台架的支架底座上；隔震液压装置包括上隔震液压缸和下隔震液压缸，上隔震液压缸和下隔震液压缸的活塞杆相对，且通过负载挂架刚性连接在一起，下隔震液压缸的缸体连接在地震模拟液压缸的活塞杆上，上隔震液压缸的缸体与设在支架上部的连接板刚性连接，在地震模拟液压缸的活塞杆上连接有第一位置传感器，在负载挂架上连接有第二位置传感器。
所述上隔震液压缸和下隔震液压缸的缸体间通过其液压控制系统相互串联；
所述伺服比例阀有一个阀口与液压泵连接，另外有两个阀口分别与地震模拟液压缸缸体的上腔和下腔连接；
在所述液压泵和与其连接的伺服比例阀的阀口间设有溢流阀和单向阀；
所述伺服比例阀、第一位置传感器、第二位置传感器均与一台工业控制计算机连接；
通过工业控制计算机的输入设备在工控机里输入控制规则和控制参数，工业控制计算机给伺服比例阀发出控制信号，控制地震模拟液压缸动作，地震模拟液压缸上安装的第一位置传感器测量地震模拟液压缸的位置参数，反馈给工业控制计算机，工业控制计算机根据控制规则对地震模拟液压缸施行位置伺服控制。
所述伺服比例阀选择阿托斯CLHZO-TE-040-L7140型伺服比例阀。
本发明的优点是：
1、用来模拟竖向地震、数据采集和数据处理实时准确；
2、体积小，机构简单，工作可靠；
3、由于采用液压系统，具有功率体积比大、原件标准化程度高、容易控制等优点，实验操作简单易行；
4、本发明使用标准化元件和通用化的设计，利于批量生产和降低成本；通过模块化的设计，使安装、调试、维护方便；集成化设计，使结构紧凑，施工难度降低。
附图说明
图1为地震模拟装置的液压原理图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为图2的右视结构示意图；
图4为上隔震液压缸、下隔震液压缸和地震模拟液压缸安装位置图；
图5为伺服比例阀安装示意图；
图6为位置传感器安装示意图；
图7为工业控制计算机控制原理图。
图中：1-液压泵2-单向阀3-伺服比例阀4-地震模拟液压缸5-负载6-溢流阀7-支架底座8-加强板9-支架10-下隔震液压缸11-上隔震液压缸12-连接板13-第一位置传感器14-第二位置传感器15负载挂架16-T型槽17-比例阀安装架18-比例阀安装底板19-软管
具体实施方式
参照附图1、2、3，本发明包括试验台架、地震模拟装置和隔震液压装置，其中：试验台架由支架底座7和竖直安装在支架底座上的支架9构成，在支架底座和支架间连接有加强板8；地震模拟装置由地震模拟液压缸4和与地震模拟液压缸连接的伺服比例阀3构成，地震模拟液压缸安装在试验台架的支架底座上；隔震液压装置包括上隔震液压缸11和下隔震液压缸10，上隔震液压缸和下隔震液压缸的活塞杆相对，且通过负载挂架15刚性连接在一起，下隔震液压缸的缸体连接在地震模拟液压缸4的活塞杆上，上隔震液压缸的缸体与设在支架上部的连接板12刚性连接，上隔震液压缸和下隔震液压缸的缸体间通过其液压控制系统相互串联，所述液压控制系统为常规的与液压缸匹配的液压油路系统，通常包括液压泵、平衡阀、节流阀、单向阀、开关阀和连接管路等，在地震模拟液压缸的活塞杆上连接有第一位置传感器13，在负载挂架上连接有第二位置传感器14。如图1所示，伺服比例阀有一个阀口与液压泵1连接，另外有两个阀口分别与地震模拟液压缸缸体的上腔和下腔连接，在液压泵和与其连接的伺服比例阀的阀口间设有溢流阀6和单向阀2，地震模拟实验装置的液压原理是：液压泵1提供动力，溢流阀6控制系统压力，液压油经过单向阀2和伺服比例阀3进入到地震模拟液压缸4，地震模拟液压缸4带有负载5（负载5为加载在负载挂架15上的实验负载，其通过负载挂架15、隔震液压装置传导到地震模拟液压缸），伺服比例阀3通过换向使得地震模拟液压缸4模拟出地震波信号。
实验时，将试验台架的支架底座7用高强度螺栓固定在一个液压实验台的T形槽上，负载5用高强度螺栓固定在负载挂架15上，通过增减负载的片数来调节负载质量。
伺服比例阀的安装如图5所示。伺服比例阀的安装架17通过螺栓连接在所述液压实验台的T形槽16上，安装架17连接比例阀安装底板18，安装底板连接伺服比例阀3，伺服比例阀借助于安装底板上的软管19和地震模拟液压缸相连。
位置传感器主要有负载位置传感的第二位置传感器14和地震模拟液压缸位置反馈的第一位置传感器13，安装位置如图6所示。传感器底座均安装在试验台架上，第二位置传感器14的拉杆安装在负载挂架上，功能是测量负载的位置；地震模拟液压缸位置反馈传感器，即第一位置传感器13安装在地震模拟液压缸的活塞杆上，功能是测量震动模拟液压缸的位置并输出位置信号给工业控制计算机进行位置伺服控制。
参照附图7，所述伺服比例阀、第一位置传感器、第二位置传感器均与一台工业控制计算机连接；通过工业控制计算机的输入设备在工控机里输入控制规则和控制参数，工业控制计算机给伺服比例阀发出控制信号，控制地震模拟液压缸动作，地震模拟液压缸上安装的第一位置传感器测量地震模拟液压缸的位置参数，反馈给工业控制计算机，工业控制计算机根据控制规则对地震模拟液压缸施行位置伺服控制。

Claims (6)

1.一种基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，包括试验台架、地震模拟装置和隔震液压装置，其特征是：试验台架由支架底座和竖直安装在支架底座上的支架构成；地震模拟装置由地震模拟液压缸和与地震模拟液压缸连接的伺服比例阀构成，地震模拟液压缸安装在试验台架的支架底座上；隔震液压装置包括上隔震液压缸和下隔震液压缸，上隔震液压缸和下隔震液压缸的活塞杆相对，且通过负载挂架刚性连接在一起，下隔震液压缸的缸体连接在地震模拟液压缸的活塞杆上，上隔震液压缸的缸体与设在支架上部的连接板刚性连接，在地震模拟液压缸的活塞杆上连接有第一位置传感器，在负载挂架上连接有第二位置传感器。
2.根据权利要求1所述的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，其特征是：上隔震液压缸和下隔震液压缸的缸体间通过其液压控制系统相互串联。
3.根据权利要求1或2所述的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，其特征是：所述伺服比例阀有一个阀口与液压泵连接，另外有两个阀口分别与地震模拟液压缸缸体的上腔和下腔连接。
4.根据权利要求3所述的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，其特征是：在所述液压泵和与其连接的伺服比例阀的阀口间设有溢流阀和单向阀。
5.根据权利要求4所述的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，其特征是：所述伺服比例阀、第一位置传感器、第二位置传感器均与一台工业控制计算机连接。
6.根据权利要求5所述的基于模糊控制的竖向地震模拟实验台，其特征是：通过工业控制计算机的输入设备在工业控制计算机里输入控制规则和控制参数，工业控制计算机给伺服比例阀发出控制信号，控制地震模拟液压缸动作，地震模拟液压缸上安装的第一位置传感器测量地震模拟液压缸的位置参数，反馈给工业控制计算机，工业控制计算机根据控制规则对地震模拟液压缸施行位置伺服控制。
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高层结构三维基础隔震抗倾覆试验研究;颜学渊等;《建筑结构学报》;20090831;第30卷(第4期);第1-8页 *

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