如何提升建筑抗震能力？伺服电动缸来出力！
发布时间：
2023-08-14 10:11
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最近自然灾害频发，前几日山东、四川凌晨突发地震，紧揪全国人心的同时，不少伙伴也开始注意，自己住的房子抗震能力如何 ？地震来临，自己是跑还是就地躲藏？
小奥就来和大家聊聊结构抗震试验研究中最重要的手段之一，也是伺服电动缸将来可大展拳脚的地方——地震模拟振动台。
地震模拟振动台的基本原理是将试验对象放置在具有足够刚性的振动台台面上 ，通过激振系统使得振动台的台面复现输入的地震波形，使试验对象处于一个模拟的地震环境中，从而测试其在地震作用下的表现 ，然后直观的展现建筑结构振动时的破坏机理和动力特性 ，可以检验试件的抗震性能，还可以检验抗震措施的有效性。
简单点说，就是将建筑放置在振动台上，然后振动台开始根据以往记录的震波转换为运动模式而疯狂震动，进而得到建筑在不同震级下的破损情况。
* 日本E-Defense振动台模型试验
地震模拟振动台系统是一个复杂的装置，主要由振动台台面，液压/电动缸驱动和动力系统 、测试和分析系统 、控制系统组成。如下图 ：
*地震模拟振动台系统示意图
其中，
1）伺服控制系统是实现地震模拟振动台控制功能的基础 。其主要功能是接收振动系统给出的伺服驱动信号 ，输出伺服控制指令 ，控制激振器系统的运动从而控制台面的运动。为了保证模拟震波的精度 ，鲁棒控制、最小控制合成 、自适应逆控制、自适应谐波抑制、幅相控制等新的控制技术均被应用在振动台的振动控制中。
2）在实际运用过程中，电液激振精度高、重力大，但也存在价格昂贵、漏油 、维修困难等缺点，而且国内主要液压控制系统仍依赖进口，所以 ，有些研究者提出采用伺服电动缸取代原有的电液激振。如下图：
其工作原理是：将地震波形输入计算机控制器 ，计算机控制器以该波形为控制目标，给伺服驱动器下达指令，驱动伺服电机转动，通过机械传动机构使振动台面沿一维方向振动，加速度传感器采集台面的加速度信号和驱动器发出信号反馈给控制器，控制器接收到信号后将该信号与输入波形进行比较后输出。
由于伺服电动缸结构简化 、成本降低、缩短生产和试验周期，振动台的性能也在提升 ，故而小型工程结构试验以及大学试验教学使用的场景中 ，对伺服电动缸类地震模拟振动台越来越青睐 。
以上地震模拟振动台主要应用在建筑工程、水利工程 、核电工程等大型工程的防震试验 。
其实，在生活中，我们也可以看到市面上已经出现了一些地震模拟小屋，同样是采用伺服电动缸作为振动器的振动台。观众可以站在振动台面上 ，体验从3~8的震级下 ，该如何迅速稳住身形 ，寻找躲藏处 。
随着伺服电动杠精度越来越高 ，以及控制技术越来越先进 ，相信未来的地震模拟振动台将更加真实的呈现出地震前中后的各种动态 ，可大大促进建筑 、水利等工程提高结构防震等级，也帮助人们通过在其中的演习，直观地学习到更加科学 、机敏应对突发地震的逃生技巧。
参考资料：
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[2]穆远博.基于LabVIEW 的仪器标定平台运动控制方法研究[D]中国地震局地震研究所,2020
[3]孔杰.地震模拟振动台控制的关键技术研究[D]浙江:浙江大学,2019
[4]曹军 ，杨俊杰 ，应义秒，章雪峰.交流伺服电动缸在地震模拟振动台中的应用[J]. 试验技术与管理,2011,28(4):67-70
[5]浙江工业大学,杭州邦威机电控制工程有限公司.小型工程结构电动伺服缸地震模拟振动台:201310504622.3.2014.01.22
[6]浙江工业大学,杭州邦威机电控制工程有限公司.一种电动伺服杠地震模拟振动台控制系统:201810786119.4.2018.12.11
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