CN109883666B - 一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法 - Google Patents

一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，当阻尼器采用试验机施加指令位移后，采用频域评价指标计算检测过程中的幅值和时滞，并根据得到的幅值和时滞对指令位移进行修正，从而保证阻尼器的位移响应与需要满足的位移响应一致。该方法可以用于保证粘滞阻尼器性能检测结果的准确性。

Description

一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法
技术领域
本发明涉及一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，属于结构检测领域。
背景技术
粘滞阻尼器是以粘滞材料为阻尼介质的被动型速度相关型阻尼器，由于其优越的耗能减震效果，在抗震和抗风领域得到了广泛的应用。在进行工程应用之前，粘滞阻尼器的性能检测是必不可少的，否则无法判断阻尼器是否能够满足工程需要。在粘滞阻尼器检测过程中，通常采用试验机对阻尼器施加不同频率和幅值的位移，测试阻尼器的最大阻尼力、阻尼系数和阻尼指数。施加的频率和幅值大小主要取决于阻尼器自身的特性。
作为一种速度相关型的构件，阻尼器的动力特性与加载速度密切相关，在不同的加载速度下，会得到不同的最大阻尼力、阻尼系数和阻尼指数，因此试验机能否准确的将指定信号施加到阻尼器上是影响检测结果的重要因素。试验机加载速度超过规范规定的加载速度会导致检测结果偏大，而加载速度小于规范规定的加载速度会导致检测结果偏小。当实验的误差超过一定范围时，会导致检测结果的可靠性下降，甚至会出现误判的情况。显然，无论是将合格的粘滞阻尼器判定为不合格还是将不合格的粘滞阻尼器判定为合格，都是检测过程中不可接受的失误。
由于控制误差的存在，试验机无法完全按照指定的位移对阻尼器进行加载，从而导致了检测误差。检测误差主要体现在幅值和相位两个方面，具体表现为试验机的位移指令信号和位移反馈信号之间存在幅值误差和时滞，从而导致了试验机实际加载速度与理论加载速度不同，使得粘滞阻尼器的检测结果可靠性大打折扣。
发明内容
技术问题：为了保证在粘滞阻尼器检测过程中试验机施加的信号与规范规定的信号一致，本发明采用频域评价指标计算粘滞阻尼器测试的幅值误差和时滞，根据计算得到的结果对试验机指令位移进行修正，从而保证检测结果的准确性。
技术方案：本发明的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，包括以下步骤：
第一步：按照JG/T09-2007《建筑消能阻尼器》的要求对粘滞阻尼器施加幅值为u、频率f的正弦波，同时测量粘滞阻尼器在正弦波作用下的位移，获得粘滞阻尼器真实运动轨迹；
第二步：根据所述第一步的检测结果，计算频域评价指标，并进一步计算检测过程中的幅值A和时滞d；
第三步：根据所述第二步的检测结果，将正弦波整体除以幅值A进行幅值修正；
第四步：将经过幅值修正后的正弦波提前d时刻，得到修正后的指令位移，根据所述修正后的指令位移进行时滞修正。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器是指性能与加载速度相关的阻尼器。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹与施加正弦波的误差是由于加载设备导致的。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹由加载设备直接获得，或采用外加传感器方式进行测量，所述加载设备和外加传感器在获得粘滞阻尼器真实运动轨迹时的采样频率不低于20Hz。
进一步的，本发明方法中，所述第二步中，计算频域评价指标时采用的正弦波数据至少包含一个完整周期，粘滞阻尼器真实运动轨迹数据长度与正弦波长度相同。
本发明的一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，包括以下步骤：
第一步：按照JG/T09-2007《建筑消能阻尼器》的要求对粘滞阻尼器施加幅值为u、频率f的正弦波，同时测量粘滞阻尼器在正弦波作用下的位移，获得粘滞阻尼器真实运动轨迹；
第二步：根据所述第一步的检测结果，计算频域评价指标，并进一步计算检测过程中的幅值A和时滞d；
第三步：根据所述第二步的检测结果，将正弦波提前d时刻进行时滞修正；第四步：
将经过时滞修正后的正弦波整体除以幅值A进行幅值修正。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器是指性能与加载速度相关的阻尼器。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹与施加正弦波的误差是由于加载设备导致的。
进一步的，本发明方法中，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹由加载设备直接获得，或采用外加传感器方式进行测量，所述加载设备和外加传感器在获得粘滞阻尼器真实运动轨迹时的采样频率不低于20Hz。
进一步的，本发明方法中，所述第二步中，计算频域评价指标时采用的正弦波数据至少包含一个完整周期，粘滞阻尼器真实运动轨迹数据长度与正弦波长度相同。
本发明方法用于粘滞阻尼器检测过程中修正试验机的指令信号，保证试验机施加到粘滞阻尼器的位移与规范规定的位移一致，从而保证检测结果的准确性。
有益效果：现有的位移信号输入修正方法包括多项式外推法、线加速度法、模型补偿方法、反馈-前馈模型补偿方法、逆补偿方法、自适应逆补偿方法等。其中，多项式外推法和线加速度法通过假定信号在一定范围内变化是均匀的，得到当前信号与之前信号的数学关系表达式，从而对位移信号进行修正；模型补偿方法、反馈-前馈模型补偿方法、逆补偿方法和自适应逆补偿方法均是对现有的试验机加载设备建立数学模型，并对该模型取逆从而对位移信号进行修正。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)现有的位移信号修正方法主要用于实时混合模拟实验，其位移修正是在试验中进行的，因此现有的方法需要大量的计算，对试验机的性能要求较高，无法直接应用于阻尼器性能检测中。而本方法位移修正过程与检测过程是分离的，即在进行检测之前就已经得到修正后的数据，不需要在检测过程中对数据进行修正，从而降低了对试验机的性能要求，能够直接应用于阻尼器性能检测中；
(2)现有的位移信号修正方法仅关注于时滞对试验结果的影响，而本方法采用频域评价指标计算的幅值和时滞对信号进行修正，可以同时对时滞和幅值误差进行修正，从而保证阻尼器检测结果的准确性。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书对本发明作进一步的说明。
实施例一：
第一步：系统预加载测试。按照规范《建筑消能阻尼器》(JG/T 09-2007)中的要求施加幅值u和频率f的正弦波。由于试验机性能的影响，试验机的位移指令信号与粘滞阻尼器的位移响应信号之间存在误差，该误差会导致粘滞阻尼器的真实速度与理论达到的速度不符，导致粘滞阻尼器动力性能检测结果不准确。
第二步：计算幅值误差和时滞。检测完成后，试验机的指令位移和粘滞阻尼器的位移响应，采用频域评价指标计算检测过程中的幅值A和时滞d，方法如下：
Figure GDA0002581077640000031
Figure GDA0002581077640000041
A＝||FEI|| (1,c)
d＝arc tan[Im(FEI)/Re(FEI)]/(2π·feq) (1,d)
其中yI(f)和yo(f)分别代表试验机的指令位移和粘滞阻尼器的位移响应的傅里叶变换，p代表窗函数长度的一半，Im(·)和Re(·)分别代表FEI的虚部和实部，FEI代表频域评价指标，feq表示等效频率。
第三步：幅值修正。对输入的信号根据幅值A进行修正，修正方法如下：
Figure GDA0002581077640000042
其中y′为幅值修正后的试验机指令位移，t为时间。
第四步：时滞修正。对幅值修正后的信号根据时滞d进行修正，修正方法如下：
y(t)＝y′(t-d) (3)
其中y为修正后的试验机指令位移，t为时间。
本实施例第二步中，可以按照专利201210593190.3《实时混合模拟试验效果的频域评价方法》中的方法计算频域评价指标。
实施例二：
第一步：系统预加载测试。按照规范《建筑消能阻尼器》(JG/T 09-2007)中的要求施加幅值u和频率f的正弦波。由于试验机性能的影响，试验机的位移指令信号与粘滞阻尼器的位移响应信号之间存在误差，该误差会导致粘滞阻尼器的真实速度与理论达到的速度不符，导致粘滞阻尼器动力性能检测结果不准确。
第二步：计算幅值误差和时滞。检测完成后，试验机的指令位移和粘滞阻尼器的位移响应，采用频域评价指标计算检测过程中的幅值A和时滞d，方法如下：
Figure GDA0002581077640000043
Figure GDA0002581077640000051
A＝||FEI|| (4,c)
d＝arc tan[Im(FEI)/Re(FEI)]/(2π·feq) (4,d)
其中yI(f)和yo(f)分别代表试验机的指令位移和粘滞阻尼器的位移响应的傅里叶变换，p代表窗函数长度的一半，Im(·)和Re(·)分别代表FEI的虚部和实部，FEI代表频域评价指标，feq表示等效频率。
第三步：时滞修正。对输入的信号根据时滞d进行修正，修正方法如下：
y″(t)＝u sin(2πf(t-d)) (5)
其中y″为时滞修正后的试验机指令位移。
第四步：幅值修正。对时滞修正后的信号根据幅值A进行修正，修正方法如下：
Figure GDA0002581077640000052
其中y为修正后的试验机指令位移。
本实施例第二步中，可以按照专利201210593190.3《实时混合模拟试验效果的频域评价方法》中的方法计算频域评价指标。

Claims (10)

1.一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步：按照JG/T 09-2007《建筑消能阻尼器》的要求对粘滞阻尼器施加幅值为u、频率f的正弦波，同时测量粘滞阻尼器在正弦波作用下的位移，获得粘滞阻尼器真实运动轨迹；
第二步：根据所述第一步的检测结果，计算频域评价指标，并进一步计算检测过程中的幅值A和时滞d；
第三步：根据所述第二步的检测结果，将正弦波整体除以幅值A进行幅值修正；
第四步：将经过幅值修正后的正弦波提前d时刻，得到修正后的指令位移，根据所述修正后的指令位移进行时滞修正。
2.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器是指性能与加载速度相关的阻尼器。
3.根据权利要求1所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹与施加正弦波的误差是由于加载设备导致的。
4.根据权利要求1、2或3所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹由加载设备直接获得，或采用外加传感器方式进行测量，所述加载设备和外加传感器在获得粘滞阻尼器真实运动轨迹时的采样频率不低于20Hz。
5.根据权利要求1、2或3所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第二步中，计算频域评价指标时采用的正弦波数据至少包含一个完整周期，粘滞阻尼器真实运动轨迹数据长度与正弦波长度相同。
6.一种粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
第一步：按照JG/T 09-2007《建筑消能阻尼器》的要求对粘滞阻尼器施加幅值为u、频率f的正弦波，同时测量粘滞阻尼器在正弦波作用下的位移，获得粘滞阻尼器真实运动轨迹；
第二步：根据所述第一步的检测结果，计算频域评价指标，并进一步计算检测过程中的幅值A和时滞d；
第三步：根据所述第二步的检测结果，将正弦波提前d时刻进行时滞修正；第四步：将经过时滞修正后的正弦波整体除以幅值A进行幅值修正。
7.根据权利要求6所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器是指性能与加载速度相关的阻尼器。
8.根据权利要求6所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹与施加正弦波的误差是由于加载设备导致的。
9.根据权利要求6、7或8所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第一步中，粘滞阻尼器真实运动轨迹由加载设备直接获得，或采用外加传感器方式进行测量，所述加载设备和外加传感器在获得粘滞阻尼器真实运动轨迹时的采样频率不低于20Hz。
10.根据权利要求6、7或8所述的粘滞阻尼器检测位移输入信号修正方法，其特征在于，所述第二步中，计算频域评价指标时采用的正弦波数据至少包含一个完整周期，粘滞阻尼器真实运动轨迹数据长度与正弦波长度相同。
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