專利名稱：基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地震模擬實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域，涉及一種基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。具體地說是一種以液壓為驅(qū)動(dòng)方式，以基于模糊控制的電液伺服控制系統(tǒng)，用來模擬豎向地震的試驗(yàn)裝置。主要用于液壓缸式豎向隔震裝置的性能試驗(yàn)。
背景技術(shù)：
國內(nèi)外在地震模擬試驗(yàn)臺(tái)方面的研究多只限于機(jī)械和電氣技術(shù)，屬于大型設(shè)備，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、造價(jià)高昂，而且響應(yīng)精度低，不能真實(shí)模擬地震波。而液壓技術(shù)尤其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，頻響高，流量和壓力易控制，設(shè)計(jì)合理能夠很好的模擬地震信號(hào)，目前很少有將液壓技術(shù)應(yīng)用于地震模擬研究領(lǐng)域。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)隔震裝置的性能試驗(yàn)一般需要制作結(jié)構(gòu)的比例模型，安裝好隔震裝置，在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行地震模擬實(shí)驗(yàn)。這種方法成本高、周期長、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備性能要求高。電液伺服控制系統(tǒng)具有良好的控制性能和魯棒性，并且造價(jià)低廉，在工程中得到了廣泛的應(yīng)用?；谀：刂频乃欧壤y控液壓缸，由于運(yùn)用了位置反饋控制方式，具有響應(yīng)迅速，超調(diào)小等特點(diǎn)，因此適合小型隔震裝置地震模擬實(shí)驗(yàn)。目前，應(yīng)用電液伺服控制系統(tǒng)的液壓驅(qū)動(dòng)豎向地震模擬試驗(yàn)臺(tái)還未見報(bào)道。所謂模糊控制，就是在控制方法上應(yīng)用模糊集理論、模糊語言變量及模糊邏輯推理的知識(shí)來模擬人的模糊思維方法，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)與操作者相同的控制。該理論以模糊集合、模糊語言變量和模糊邏輯為基礎(chǔ)，用比較簡單的數(shù)學(xué)形式直接將人的判斷、思維過程表達(dá)出來，從而逐漸得到了廣泛應(yīng)用。應(yīng)用領(lǐng)域包括圖像識(shí)別、自動(dòng)機(jī)理論、語言研究、控制論以及信號(hào)處理等方面。在自動(dòng)控制領(lǐng)域，以模糊集理論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的模糊控制為將人的控制經(jīng)驗(yàn)及推理過程納入自動(dòng)控制提供了一條便捷途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種以液壓為驅(qū)動(dòng)方式、以基于模糊控制的電液伺服控制系統(tǒng)用來模擬豎向地震、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、運(yùn)行穩(wěn)定、操作簡便、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)。本發(fā)明的目的是由以下方式實(shí)現(xiàn)的:本發(fā)明包括試驗(yàn)臺(tái)架、地震模擬裝置和隔震液壓裝置，其中:試驗(yàn)臺(tái)架由支架底座和豎直安裝在支架底座上的支架構(gòu)成；地震模擬裝置由地震模擬液壓缸和與地震模擬液壓缸連接的伺服比例閥構(gòu)成，地震模擬液壓缸安裝在試驗(yàn)臺(tái)架的支架底座上；隔震液壓裝置包括上隔震液壓缸和下隔震液壓缸，上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的活塞桿相對(duì)，且通過負(fù)載掛架剛性連接在一起，下隔震液壓缸的缸體連接在地震模擬液壓缸的活塞桿上，上隔震液壓缸的缸體與設(shè) 在支架上部的連接板剛性連接，在地震模擬液壓缸的活塞桿上連接有第一位置傳感器，在負(fù)載掛架上連接有第二位置傳感器。
所述上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的缸體間通過其液壓控制系統(tǒng)相互串聯(lián)；所述伺服比例閥有一個(gè)閥口與液壓泵連接，另外有兩個(gè)閥口分別與地震模擬液壓缸缸體的上腔和下腔連接； 在所述液壓泵和與其連接的伺服比例閥的閥口間設(shè)有溢流閥和單向閥；所述伺服比例閥、第一位置傳感器、第二位置傳感器均與一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接;通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備在工控機(jī)里輸入控制規(guī)則和控制參數(shù)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)給伺服比例閥發(fā)出控制信號(hào)，控制地震模擬液壓缸動(dòng)作，地震模擬液壓缸上安裝的第一位置傳感器測(cè)量地震模擬液壓缸的位置參數(shù)，反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)則對(duì)地震模擬液壓缸施行位置伺服控制。所述伺服比例閥選擇阿托斯CLHZ0-TE-040-L7140型伺服比例閥。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:1、用來模擬豎向地震、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)準(zhǔn)確；2、體積小，機(jī)構(gòu)簡單，工作可靠；3、由于采用液壓系統(tǒng)，具有功率體積比大、原件標(biāo)準(zhǔn)化程度高、容易控制等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)操作簡單易行；4、本發(fā)明使用標(biāo)準(zhǔn)化 元件和通用化的設(shè)計(jì)，利于批量生產(chǎn)和降低成本；通過模塊化的設(shè)計(jì)，使安裝、調(diào)試、維護(hù)方便；集成化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)緊湊，施工難度降低。


圖1為地震模擬裝置的液壓原理圖；圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的右視結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為上隔震液壓缸、下隔震液壓缸和地震模擬液壓缸安裝位置圖；圖5為伺服比例閥安裝示意圖；圖6為位置傳感器安裝示意圖；圖7為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)控制原理圖。圖中:1-液壓泵2-單向閥3-伺服比例閥4-地震模擬液壓缸5-負(fù)載6_溢流閥7-支架底座8-加強(qiáng)板9-支架10-下隔震液壓缸11-上隔震液壓缸12-連接板13-第一位置傳感器14-第二位置傳感器15負(fù)載掛架16-T型槽17-比例閥安裝架18-比例閥安裝底板19-軟管
具體實(shí)施例方式參照附圖1、2、3，本發(fā)明包括試驗(yàn)臺(tái)架、地震模擬裝置和隔震液壓裝置，其中:試驗(yàn)臺(tái)架由支架底座7和豎直安裝在支架底座上的支架9構(gòu)成，在支架底座和支架間連接有加強(qiáng)板8 ;地震模擬裝置由地震模擬液壓缸4和與地震模擬液壓缸連接的伺服比例閥3構(gòu)成，地震模擬液壓缸安裝在試驗(yàn)臺(tái)架的支架底座上；隔震液壓裝置包括上隔震液壓缸11和下隔震液壓缸10，上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的活塞桿相對(duì)，且通過負(fù)載掛架15剛性連接在一起，下隔震液壓缸的缸體連接在地震模擬液壓缸4的活塞桿上,上隔震液壓缸的缸體與設(shè)在支架上部的連接板12剛性連接，上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的缸體間通過其液壓控制系統(tǒng)相互串聯(lián)，所述液壓控制系統(tǒng)為常規(guī)的與液壓缸匹配的液壓油路系統(tǒng)，通常包括液壓泵、平衡閥、節(jié)流閥、單向閥、開關(guān)閥和連接管路等，在地震模擬液壓缸的活塞桿上連接有第一位置傳感器13，在負(fù)載掛架上連接有第二位置傳感器14。如圖1所示，伺服比例閥有一個(gè)閥口與液壓泵I連接，另外有兩個(gè)閥口分別與地震模擬液壓缸缸體的上腔和下腔連接，在液壓泵和與其連接的伺服比例閥的閥口間設(shè)有溢流閥6和單向閥2，地震模擬實(shí)驗(yàn)裝置的液壓原理是:液壓泵I提供動(dòng)力，溢流閥6控制系統(tǒng)壓力，液壓油經(jīng)過單向閥2和伺服比例閥3進(jìn)入到地震模擬液壓缸4，地震模擬液壓缸4帶有負(fù)載5 (負(fù)載5為加載在負(fù)載掛架15上的實(shí)驗(yàn)負(fù)載，其通過負(fù)載掛架15、隔震液壓裝置傳導(dǎo)到地震模擬液壓缸)，伺服比例閥3通過換向使得地震模擬液壓缸4模擬出地震波信號(hào)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將試驗(yàn)臺(tái)架的支架底座7用高強(qiáng)度螺栓固定在一個(gè)液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的T形槽上，負(fù)載5用高強(qiáng)度螺栓固定在負(fù)載掛架15上，通過增減負(fù)載的片數(shù)來調(diào)節(jié)負(fù)載質(zhì)量。伺服比例閥的安裝如圖5所示。伺服比例閥的安裝架17通過螺栓連接在所述液壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)的T形槽16上，安裝架17連接比例閥安裝底板18，安裝底板連接伺服比例閥3，伺服比例閥借助于安裝底板上的軟管19和地震模擬液壓缸相連。

位置傳感器主要有負(fù)載位置傳感的第二位置傳感器14和地震模擬液壓缸位置反饋的第一位置傳感器13，安裝位置如圖6所示。傳感器底座均安裝在試驗(yàn)臺(tái)架上，第二位置傳感器14的拉桿安裝在負(fù)載掛架上，功能是測(cè)量負(fù)載的位置；地震模擬液壓缸位置反饋傳感器，即第一位置傳感器13安裝在地震模擬液壓缸的活塞桿上，功能是測(cè)量震動(dòng)模擬液壓缸的位置并輸出位置信號(hào)給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)進(jìn)行位置伺服控制。參照附圖7，所述伺服比例閥、第一位置傳感器、第二位置傳感器均與一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接；通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備在工控機(jī)里輸入控制規(guī)則和控制參數(shù)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)給伺服比例閥發(fā)出控制信號(hào)，控制地震模擬液壓缸動(dòng)作，地震模擬液壓缸上安裝的第一位置傳感器測(cè)量地震模擬液壓缸的位置參數(shù)，反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)則對(duì)地震模擬液壓缸施行位置伺服控制。
權(quán)利要求
1.一種基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括試驗(yàn)臺(tái)架、地震模擬裝置和隔震液壓裝置，其特征是:試驗(yàn)臺(tái)架由支架底座和豎直安裝在支架底座上的支架構(gòu)成；地震模擬裝置由地震模擬液壓缸和與地震模擬液壓缸連接的伺服比例閥構(gòu)成，地震模擬液壓缸安裝在試驗(yàn)臺(tái)架的支架底座上；隔震液壓裝置包括上隔震液壓缸和下隔震液壓缸，上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的活塞桿相對(duì)，且通過負(fù)載掛架剛性連接在一起，下隔震液壓缸的缸體連接在地震模擬液壓缸的活塞桿上，上隔震液壓缸的缸體與設(shè)在支架上部的連接板剛性連接，在地震模擬液壓缸的活塞桿上連接有第一位置傳感器，在負(fù)載掛架上連接有第二位置傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的缸體間通過其液壓控制系統(tǒng)相互串聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:所述伺服比例閥有一個(gè)閥口與液壓泵連接，另外有兩個(gè)閥口分別與地震模擬液壓缸缸體的上腔和下腔連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:在所述液壓泵和與其連接的伺服比例閥的閥口間設(shè)有溢流閥和單向閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:所述伺服比例閥、第一位置傳感器、第二位置傳感器均與一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，其特征是:通過工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的輸入設(shè)備在工 控機(jī)里輸入控制規(guī)則和控制參數(shù)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)給伺服比例閥發(fā)出控制信號(hào)，控制地震模擬液壓缸動(dòng)作，地震模擬液壓缸上安裝的第一位置傳感器測(cè)量地震模擬液壓缸的位置參數(shù)，反饋給工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，工業(yè)控制計(jì)算機(jī)根據(jù)控制規(guī)則對(duì)地震模擬液壓缸施行位置伺服控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于模糊控制的豎向地震模擬實(shí)驗(yàn)臺(tái)，包括試驗(yàn)臺(tái)架、地震模擬裝置和隔震液壓裝置，其特征是試驗(yàn)臺(tái)架由支架底座和支架構(gòu)成；地震模擬裝置由地震模擬液壓缸和伺服比例閥構(gòu)成，地震模擬液壓缸安裝在試驗(yàn)臺(tái)架的支架底座上；隔震液壓裝置包括上隔震液壓缸和下隔震液壓缸，上隔震液壓缸和下隔震液壓缸的活塞桿相對(duì)，且通過負(fù)載掛架剛性連接在一起，下隔震液壓缸的缸體連接在地震模擬液壓缸的活塞桿上，上隔震液壓缸的缸體與設(shè)在支架上部的連接板剛性連接，在地震模擬液壓缸的活塞桿上連接有第一位置傳感器，在負(fù)載掛架上連接有第二位置傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是用來模擬豎向地震、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01M7/04GK103245475SQ20131012235
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者趙靜一, 曾輝, 郭銳, 郭言, 唱榮蕾, 王凱 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)