振动台系统测试与验证
5.1
测试平台
图
5.1 为本文使用的单自由度电液伺服振动台,其主要参数如表
5.1
所示。
5.2
数据预处理
本文所设计的控制器架构是较为通用的,运动波形可以是正弦波、随机波,
也可以是地震波。在参考波形是地震波的试验中,需要对数据进行预处理。这里
有两种情形均需要作预处理:一种是地震波数据只有加速度波形,而没有位移和
速度波形,这时需要根据加速度来合成速度和位移,必要时还要做基线校准
[50]
;
第二种情形是虽然位移、速度、加速度参考波形数据一应俱全,但频率较低、点
数较少,比如每
5ms
有一个点,这时就需要根据已有数据作插值。从地震数据库
网站(
https://esm-db.eu/
)上下载的地震波大多都有位移、速度、加速度,但点数
不够密集,属于第二种情形。故在实验之前先对地震波数据进行插值预处理,将
其变为每
1ms
一个参考点。
5.2.1
三次样条插值
三次样条插值是一种特殊类型的分段三次插值,它只在插值区间的端点比拉
格朗日插值多两个边界条件,但在内节点处一、二阶导数连续,从而比分段埃尔
米特三次插值更光滑[51]。
5.2.2
插值效果
以罗马尼亚的一次地震波数据(地震编号
RO-1977-0001
)为例,进行三次样
条插值,其位移波形的插值结果如图
5.2
所示。
5.3.2
正弦波试验
如图
5.3
为上位机实时显示的正弦波试验的运行效果,其中绿色为参考波形,
红色为实际采集的波形。正弦波的频率为
2Hz
,幅值为
50mm
。上位机软件支持
将波形数据导出保存,图
5.4
为上位机导出的波形数据的处理结果。
经过计算,位移波形谐波失真度为
0.02%
,速度波形谐波失真度为
0.21%
,
加速度波形谐波失真度为
2.02%
。位移波形相关系数为
99.86%
,速度波形相关系
数为
98.85%
,加速度波形相关系数为
94.87%
。其中考虑到振动试验中,一般时
间偏移不会对材料或结构的测试产生实质性影响,故在计算相关系数时减去时滞
量。