CN108827570A - 一种地震模拟振动台的实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明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。本发明还公开了上述地震模拟振动台的实验装置的实验方法。本发明地震模拟振动台的实验装置具有控制性能好、场地适应性强的优点。

Description

一种地震模拟振动台的实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及一种地震模拟振动台的实验装置，还涉及上述实验装置的实验方法，属于智能仪器技术领域。

背景技术

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。

发明内容

发明目的：本发明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。

本发明还要解决的技术问题是提供上述地震模拟振动台的实验装置的实验方法。

为解决上述技术问题，本发明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，本发明技术方案具有的有益效果是：

本发明地震模拟振动台的实验装置具有控制精度高、场地适应性强的优点，本发明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，具有很高的研究意义和实际应用价值。

附图说明

图1为本发明地震模拟振动台的实验装置的结构示意图；

图2为本发明地震模拟振动台的实验装置的系统原理图；

图3为本发明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为本发明主控制器中将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EL Centro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

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。

如图1所示，本发明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，当滚珠丝杆转动时，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；激励装置和采集装置41均与主控制器1连接。本发明实验装置中的传动机构33采用的是滚珠丝杆，当伺服电机22转动，振动台31相对滚珠丝杆33沿水平向左右运动。采集装置41还包括采集数据存储模块和误差补偿模块。

如图2所示，本发明地震模拟振动台的实验装置中的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。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。模拟PWM波模块，根据PWM波脉宽调频原理，通过中断和中断程序模拟PWM波频率和占空比两个参数；通过设置中断时间模拟频率，通过控制LED灯高低电平时间模拟占空比。模拟速度模块，结合主控器信号输出方式和控制要求，利用中断模拟主控制器CPU时钟，在时钟间隔内，开始点的加速度信号为该时间节点的恒定速度，中断程序完成对各个时间节点速度的累积，实现在宏观角度上完成对加速度信号的积分模拟速度。零电压输出模块，根据主控制器硬件的情况，确定ARM9主控制器输出的PWM波与硬件电压输出的关系，确定主控制器在试验开始之前，保持对激励装置零电压输出，从而确保在试验之前电机不会出现运动的情况。误差补偿系统模块，首先根据神经网络系统确定地震模拟振动台闭环控制系统的数学模型，并对模型的误差情况分析，确定以模糊PID控制算法为误差补偿系统算法。本发明实验装置使用的激励信号为原始地震波信号。

本发明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，启动控制器，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，以本文的形式存储到SD卡中，并将采集的加速度信号通过AD转换模块传输给控制器；

步骤3，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传输给模糊控制模块，通过模糊控制算法，输出PID控制三个参数的调整值，并将调整值传输给PID控制模块，实时调节PID算法参数，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；此时若振动台没有回到平衡位置，则再次启动控制器，输入相对于平衡位置的方向和距离，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，试验结束。在固定电压的情况，确定额定时间内振动台平动的位移，根据振动台偏移中间位置的大小，确定振动台正反方向运动时间，从而对振动台复位。

本发明实验装置包括以搭载嵌入式Linux操作系统的ARM9主控制器、以交流伺服电机为核心的激励装置、以模糊PID闭环控制算法为误差补偿系统、以嵌入式Linux为核心的可视界面和机械结构构成的振动台；ARM9主控制器与交流伺服电机为核心的激励装置连接，主控制器将原始地震波缩尺信号通过各个功能模块转换为PWM波信号，主控制器将PWM波信号经过隔离和滤波处理后转换为电压信号，并通过电压放大模块转换成控制电机转速的电压信号，完成对激励装置控制；以交流伺服电机为核心的激励装置与机械结构构成的振动台相连，激励装置通过对主控器输出的控制信号响应，对振动台产生激励，使振动台根据输入信号响应；误差补偿系统采集振动台对于激励装置的激励响应信号，一方面进行数据存储用于误差分析并用于检验系统的精确性，另一方便将数据通过ADC采集模块传输给主控制器，进行误差补偿；以嵌入式Linux为核心的可视界面与主控制器软件部分相结合，通过对功能模块的操作控制软件按照要求执行，实现相关功能。

以搭载嵌入式Linux操作系统的ARM9主控制器是整个地震模拟振动台控制系统的核心模块，首先数据读取和处理模块读取目标地震波或者人工波数据，并将数据转换成用于计算和处理的数据类型并进行保存，紧接着程序进入零电压输出模块同时进行主控制器和激励装置连接，并完成其他硬件电路连接；完成连接后，程序进入中断，每隔0.2us调用一次中断程序，中断程序完成模拟加速度积分，根据PWM波、模拟电压和激励装置三者之间的关系，确定PWM波占空比，通过调用驱动程序完成LED高低电平时间，完成模拟PWM波输出，再经过主控制器硬件电路，将PWM波经过滤波和放大电路转换成用于控制电机的正负模拟电压信号。

以交流伺服电机为核心的激励装置接收主控制器的模拟电压信号产生对应的激励信号，对振动台施加激励；激励装置主要包括伺服驱动器和伺服电机，通过速度控制模式实现对激励装置控制，根据主控制器输出的模拟电压信号与之对应的模拟速度指令完成对激励装置的精确控制。

机械结构构成的振动台主要包括机械传动结构和振动台，机械传动结构主要将电机的转动转换成振动台单自由度的平动，振动台对激励装置的激励信号响应，完成对目标波形的再现。

以模糊PID闭环控制算法为误差补偿系统主要分为数学模型建模和闭环控制算法两部分，数学模型主要通过神经网络系统，通过输入和输出进行在线拟合地震模拟振动台的数学模型，并对其误差情况进行分析，同时设计闭环控制算法，根据误差存在的各个模块分析，最终设计将模糊控制算法和经典PID控制算法相结合的模糊PID控制算法，该算法主要以输入和输出的误差和误差变化率作为输入，以PWM波信号作为输出，完成对地震模拟振动台的实时在线调节。

以嵌入式Linux为核心的可视界面，以嵌入式Linux为核心设计地震模拟振动台可视界面，包括：界面登陆模块、地震波信号选择模块、原始数据图像呈现模块、采样数据图像呈现模块、振动台复位模块和数据发送时间模块，该可视界面能够简化振动台试验的操作和直观的观测试验结果和运行情况。

如图3所示，本发明地震模拟振动台闭环控制系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤1，ARM9主控制器首先通过数据读取和数据处理模块将存放在SD卡中的地震波数据读取到内存中，并处理转换成用于算法设计的double类型数据；

步骤2，零电压输出模块在程序完成数据读取和处理后，使控制器实现零电压输出，同时完成主控制器和激励装置硬件电路连接；

步骤3，ARM9主控制器将处理完成的数据在中断和中断程序中，完成模拟加速度积分从而实现模拟速度功能，并根据激励装置控制要求，将速度与PWM波信号的占空比相互对应；

步骤4，ARM9主控制器将占空比数据传输到模拟PWM波模块，根据占空比的数据，控制LED灯高低电平时间，从而完成控制器PWM波信号输出；

步骤5，ARM9主控制器将输出的PWM波信号通过主控制器硬件电路，转换成用于激励装置控制的正负电压信号，对激励装置产生激励；

步骤6，以交流伺服电机为核心的激励装置通过对主控制器控制信号响应，实现对振动台结构动力输出，振动台对激励装置激励响应，完成对地震波再现；

步骤7，以机械结构构成的振动台硬件系统与加速度传感器相连接，加速度传感器采集振动台的目标数据信号，一方面，通过改变标准输入输出将采集的数据以文本的形式打印到SD卡的文件中，另一方面将采集的数据直接传输给误差补偿系统，用于误差补偿，减少控制程序的误差；

步骤8，以模糊PID闭环控制算法为误差补偿系统通过对采集数据和原始输入的偏差进行补偿，完成闭环控制并实时调节控制信号，减少振动台控制系统的误差；

步骤9，重复执行步骤2)～步骤8)，直至激励信号结束。

本发明实验装置不需要使用大功率电液式伺服电机，减少了控制系统设计的难度同时降低了试验成本，同时控制系统还具有体积小，精度高，方便操作的优点；本发明采用神经网络算法拟合控制系统的数学模型，通过对数学模拟分析和实际试验输入和采集数据的处理，设计针对该系统的模糊PID控制算法，极大的提高了本发明控制系统的控制精度，减少控制过程中的误差。

图4为数据读取和处理的流程图，首先，用嵌入式Linux系统应用接口open函数根据预先定义的地震波数据路径打开对应的文本，同时返回文件描述符并与打开的文件唯一绑定；然后，判断文件描述符的正负确定文件打开情况，如果小于0，则表示打开失败，此时结束程序同时排查程序问题，如果打开成功则进入下一个环节；接着使用read函数将打开的文本中的数据以char类型读取到内存中，同时产生一个范围值；接着，判断该范围值的大小，确定是否打开成功，判断方法与read函数打开判断方法一致；接着申请内存并将申请的内存清零，用于存储读取到内存中的数据，接着，使用atof函数，将char类型转换为double类型数据，并通过循环语句对所用的数据进行转换；最后，判断是否地震波数据完成转换，如果没有，则继续进行转换，转换完成则表示数据读取和转换工作完成。

图5为模拟PWM波的流程图，本发明采用模拟PWM波输出用于电机控制的控制信号。首先，进入中断，在中断设置单个数据运行时间，即设定为0.02s；然后，进入中断子程序，同时接收来自数据处理环节的PWM波占空比数据；接着，将占空比转换为模拟PWM波输出的LED模块的亮灭时间；接着，调用控制LED灯亮灭的驱动程序，控制LED灯的亮灭；最后，将整个中断时间拆分为100个单位时间，判断数据是否经过了100个单位时间来判断程序是否运行结束，如果没有到100个单位时间，则继续调用LED灯驱动程序，控制LED灯亮灭，否则，则完成单个输出的PWM波模拟信号。

图6为模拟加速度积分的流程图即，模拟速度流程图。由于ARM9主控制器信号输出由CPU时钟控制，单位CPU时钟时间输出一个数据点，因此，主控制器输出的信号为离散信号，不能进行连续信号输出，结合这一特性，将两个时间点的时间内的加速度值作为该时间段内的瞬时速度。首先，进入中断，在中断设置单个数据运行时间，即设定为0.02s；然后，通过循环结构对中断时间进行拆分，通过循环语句将时间拆分为100个单位时间，每个单位时间的恒定速度作为该点的瞬时速度；接着，将每个单位时间内加速度进行叠加，则完成了在宏观上加速度积分的功能，最后，判断是否完成100个单位时间结束，则表示中断时间内的加速度完成对速度的积分，否则，则继续对加速度进行叠加。

图7为主控制器中将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。如图7所示，该模块能够实现将峰值给3.3v的PWM波转换为用于电机控制的模拟电压信号。该转换模块由470Ω电阻R2、24kΩ电阻R3、240KΩ电阻R4、100KΩ电阻R1、LM358BP运算放大器、2个标称值为104的电容C1和C2、TLP521光耦隔离器和1KΩ电位器R5组成；其中，P1的1号引脚接+5v电压端，2号引脚接地，3号引脚接主控制器的LED2接口，用于接收PWM波信号；P2的1号引脚接+12v电压端，2号引脚接地，3号引脚接-12v电压端；该模块的vout1端接电压放大模块的输入端。P1的3号引脚接收PWM波信号，该信号经过电阻R2传输给光耦隔离器U1的1号引脚，U1的2号引脚接地，U1的4号引脚接+5v电压端，U1的3号引脚输出经过隔离处理的PWM波信号，同时将PWM波信号传输到电位器R5，电位器R5的A端接光耦隔离器U1的3号引脚，电位器R5的B端接电阻R3，电位器R5的C端接地，PWM波信号经过R3后，电容C1和C2对PWM波信号进行滤波处理，并传输给运算放大器，运算放大器的1号引脚接电压放大模块的输入端，运算放大器的2号引脚设置有保护电阻R1，运算放大器的3号引脚接收经过滤波处理的PWM波信号，4号引脚接+5v电压端。转换模块电路将电压模拟信号传输给电压放大模块。

图8为主控制器中电压放大电路的电路原理图。如图8所示，电压放大模块用于将0-5v电压转换为-10v～10v的模拟电压。该电压放大模块主要包括：两个5.1KΩ电阻R12和R16，两个2KΩ电阻R9和R13、三个10KΩ电阻R10、R11和R8、两个1KΩ电位器R14和R6、一个5KΩ电位器R7、一个1KΩ电阻R15、两个0.1uF电容C3和C4、两个AD712AQ运算放大器U3A和U3B。其中VOUT1接0-5v模拟电压信号，P3的1号引脚输出经过放大的模拟电压信号。电压放大模块接收的原始电压信号经过电阻R12传输给运算放大器U3A，U3A的2号引脚接收模拟电压信号，U3A的3号引脚连接保护电阻R15并接地，U3A的4号引脚接-12v电压端，同时并联0.1uF电容C4并接地，U3A的8号引脚接+12v电压端，同时并联0.1uF电容C3并接地，运算放大器U3A与电阻R9并联并将信号经过电阻R13传输给电位器R14，电位器R14的A端接收信号，电位器R14的B端和C端短接；将电位器R6和电阻R10的信号、电位器R7和电阻R8的信号以及电位器R14的输出信号经过R11后得到的电压信号与电位器R14的输出信号经过运算放大器U3B后得到的电压信号相运算，同时输给P3的1号输出引脚，其中，运算放大器U3B的5号引脚连接保护电阻R16并接地，运算放大器U3B的6号引脚接收前部分的电压信号，运算放大器U3B的7号引脚输出模拟电压信号。主控制器根据激励装置的输入要求，对PWM波隔离和滤波处理，将PWM波转换为模拟电压信号，并通过电压放大模块，将电压转换为可用于电机控制的正负模拟电压。主控制器通过模拟电压控制伺服电机的转动速度。

本发明在嵌入式Linux系统下进行程序运行和功能实现，在施加代表性比较性的EL Centro波和Taft波，试验结果如图9和图10所示，图9和图10说明本发明实验装置对于不同的波形都能完成波形再现。即振动波形与输入的原始波形数据能基本重合。

如图11～12所示，振动台座32由台面板5、侧板I6、侧板II7、侧板III8和侧板IV9围合而成，其中，侧板I6、侧板II7、侧板III8和侧板IV9分别与台面板5铰接，侧板I6和侧板II7之间通过竖直卡套10固定连接，侧板I6和侧板III8之间通过竖直卡套10固定连接，侧板II7和侧板IV9之间通过竖直卡套10固定连接，侧板III8和侧板IV9之间通过竖直卡套10固定连接。当振动台座32不需要使用时，将相邻侧板的竖直卡套10取下，将侧板依次向台面板5翻折，从而减小其占用的空间。

Claims (8)

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实验装置，其特征在于：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。

4.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。

5.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。

6.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。

7.一种权利要求1所述的地震模拟振动台的实验装置的实验方法，其特征在于，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。

8.根据权利要求7所述的地震模拟振动台的实验装置的实验方法，其特征在于：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。