大型液压离心振动台的耦合特性分析-论文.pdf

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1、振动与冲击第33卷第11期JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK大型液压离心振动台的耦合特性分析罗中宝，杨志东，丛大成，张兵(哈尔滨工业大学机电工程学院，哈尔滨150001)摘要：离心振动台被认为是当今世界抗震领域最先进、最有效的实验设备，针对离心振动台的耦合特性提出了轻柔基础、液压执行机构、岩土模型的耦合数学模型。首先将轻柔基础简化为连续质量弹簧，推导了轻柔基础固有频率的估计方法和轻柔基础动态特性的等效方法。其次，根据离心振动台的耦合等效模型，利用4类基础方程推导了耦合系统的传递函数。最后，研究了离心振动台的伺服控制策略，通过前置滤波器、三状态反馈控制器、顺馈

2、控制器的设计，可使耦合系统的频宽满足设计要求。关键词：离心振动台；耦合特性分析；轻柔振动基础；伺服控制策略中图分类号：TP242文献标志码：ADOI：10．13465／j．cnki．iVS．2014．11．004CouplingcharacteristicanalysisofalargehydrauliccentrifugalshakerLUOZhong—bao，YANGZhi—dong，CONGDa—cheng，ZHANGBing(SchoolofMechatronicEngineering，HarbinInstituteofTechnology，Harbin150001，

3、China)Abstract：Acentrifugalshakerisconsideredasthemostadvancedandeffectiveequipmentinaseismicfield．Acoupledmathematicalmodelofalight．flexiblebase．ahydraulicactuatorandasoilmodelwasestablishedtoclarifythecouplingcharacteristicofacentrifugalshaker．Thelight-flexiblebasewasfirstlysimplifiedasac

4、ontinuousmassspringtodeducethenaturalfrequenciesestimationmethodofthelight—flexiblebaseandtoderivetheequivalentmethodforthebase’Sdynamiccharacteristic．Then，thetransferfunctionofthecoupledsystemwasdeducedbyintegratingfourkindsofthefundamentalequationsaccordingtothepriorequivalentmodelofthece

5、ntrifugalshaker．Finally，theservocontrolstrategyofthecentrifugalshakerwasinvestigated．Thedesignrequirementofthesystem’Sfrequencybandwidthwassatisfiedbydesigningaforwardfilter，athree—state~edbackcontrollerandaforward—feedcontroller．Keywords：centrifugalshaker；couplingcharacteristicanalysis；lig

6、ht—flexiblebase；servocontrolstrategy为了研究地震环境下的土动力学特性、地基液化、结构失效等问题的试验数据，这些数据可以为岩土动边坡稳定性、泥土～地基一结构间的耦合关系，发达国力学模型的推导及修正提供依据。因此，离心振动台家相继建成了一系列大型离心振动台，这些离心振动被认为是当今世界土工抗震领域最先进、最有效的试设备在其本国土工领域发挥着举足轻重的作用¨。鉴验设备之一。于中国严峻的地震形势和土工领域研究的迫切需求，世界上已建成的土工离心振动台约有25台，国外中国地震局工程力学研究所联合哈尔滨工业大学，正最具代表性的研究机构包括美国加州大学戴维

7、斯分在研制国内第一大、世界第二大单轴离心振动台。校、美国科罗拉多大学和美国伦斯勒工学院；国内最具土工岩土材料，其动态特性都具有很强的非线性，代表性的研究机构包括南京水利科学研究院、清华大这些特性与岩土应力、岩土应力历史密切相关。离心学和香港科技大学J。相比而言，国内振动台在振动机可以提供一个离心加速度场来补偿物理原型的自重负载、振动加速度、振动频宽等方面，与国外先进水平应力。通过对岩土自重应力的补偿，可利用小比尺物有较大差距。而国外的振动台研制时间较早，现阶段理模型来精确模拟实际工程原型在地震激励下的响