伺服电机驱动振动台研制及系统性能评价

doi:10.3969/j.issn.1674-0696.2017.04.20

重庆交通大学学报（自然科学版） ›› 2017, Vol. 36 ›› Issue (4): 114-120.DOI: 10.3969/j.issn.1674-0696.2017.04.20

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伺服电机驱动振动台研制及系统性能评价

王海, 王永志, 刘荟达, 寇宇平, 袁晓铭, 孙锐

(中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室，黑龙江哈尔滨 150080)

收稿日期:2015-10-19 修回日期:2016-04-27 出版日期:2017-04-20 发布日期:2017-05-02
作者简介:王海(1989—)，男，山东济南人，博士研究生，主要从事岩土工程和土工试验方面的研究。E-mail：694709762@qq.com。通信作者：王永志(1984—)，男，河南周口人，副研究员，主要从事岩土土动力理论及技术方面的研究。E-mail：yong5893741@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51609218)；黑龙江省自然科学基金项目(LC2015021)

Development of Servomotor Driven Shaking Table and Performance Assessment of Its System

WANG Hai, WANG Yongzhi, LIU Huida, KOU Yuping, YUAN Xiaoming, SUN Rui

(Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration, Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, Harbin 150080,Heilongjiang, P. R. China)

Received:2015-10-19 Revised:2016-04-27 Online:2017-04-20 Published:2017-05-02

摘要/Abstract

摘要： 比较目前主流的电液式驱动振动台，伺服电机驱动振动台具有结构紧凑、无油源噪音、维护简单、频带宽等优点，是新一代振动台发展的一个主要方向。介绍了一台与ANCO联合研制的伺服电机驱动振动台，负载2 t、台面2.2 m×1.2 m，其试验系统配置了刚性与剪切试样箱、微型CPT、SPT及DPT试验装置。设计和开展多种地震波下空台、干砂与饱和砂对比试验，综合评价了系统性能，具有较好任意波控制能力和复现精度，给出了输出特性与迭代次数、放大倍数和负载质量之间的关联性。谱比结果表明：饱和砂层对比干砂层在不小于1 s周期上呈现显著放大效应，尤其是孔压达到峰值后。刚性箱具有较强端壁效应，距两端壁0.2 m处一对竖向加速度计记录了较大幅度反相位时程。

关键词: 机电工程, 振动台, 伺服电机, 性能评价, 砂土液化, 谱比

Abstract: Comprising with electrohydraulic driven shaking tables in main stream at present, the servomotor driven shaking table has many advantages, such as compact structure, quiet energy supply, simple maintenance and broad spectrum, which are important in developing the new generation of shaking tables. A new servomotor driven shaking table developed in cooperation with ANCO was introduced and it had a 2.2m×1.2m shear platform able to shake a soil sample of 2 t. Its testing system was equipped with rigid and shear containers, micro CPT and SPT as well as DPT devices. To comprehensively evaluate the whole performance of the shaking table, series of experiments with empty platform, dry sand and saturated sand were designed and performed. The results show that the system has good control effect in repeatability and reliability to random waves, and its output characteristics are observed to relate with iteration times, amplification times and loading quality. The spectral ratios of acceleration time histories indicate that saturated sand layers have significant amplification effect at periods above 1s compared with dry sand layer, especially as pore water pressure reaches the peak value. It is observed that the rigid container has critical end wall effect, and a pair of vertical accelerometers with a distance of 0.2m to the end walls monitor considerable opposedphase motions.

Key words: electromechanical engineering, shaking table, servo motor, performance assessment, liquefaction of sand, spectral ratio〖FGN〗

中图分类号:

TU415

王海, 王永志, 刘荟达, 寇宇平, 袁晓铭, 孙锐. 伺服电机驱动振动台研制及系统性能评价[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2017, 36(4): 114-120.

WANG Hai, WANG Yongzhi, LIU Huida, KOU Yuping, YUAN Xiaoming, SUN Rui. Development of Servomotor Driven Shaking Table and Performance Assessment of Its System[J]. Journal of Chongqing Jiaotong University(Natural Science), 2017, 36(4): 114-120.

参考文献

［1］黄浩华.地震模拟振动台的设计与应用技术［M］.北京：地震出版社，2008.
HUANG Haohua. Design and Application of Seismic Simulation Shaking Table［M］. Beijing：Seismological Press, 2008.
［2］陈国兴，王志华，左熹，等.振动台试验叠层剪切型土箱的研制［J］.岩土工程学报，2010，32(1)：8997.
CHEN Guoxing, WANG Zhihua, ZUO Xi, et al. Development of laminar shear soil container for shaking table tests［J］. Chinese Journal of Geotechnical Engineering,
2010, 32(1)：8997.
［3］韩俊伟，于丽明，赵慧，等.地震模拟振动台三状态控制的研究［J］.哈尔滨工业大学学报，1999，31(3)：2123.
HAN Junwei, YU Liming, ZHAO Hui, et al. Study of three state controller of seismic simulating shaking table［J］. Journal of Harbin Institute of Technology, 1999,
31(3)：2123.
［4］高春华，纪金豹，闫维明，等.地震模拟振动台技术在中国的发展［J］.土木工程学报，2014，47(8)：919.
GAO Chunhua, JI Jinbao, YAN Weiming, et al. Developments of shaking table technology in China［J］. China Civil Engineering Journal, 2014, 47(8)：919.
［5］李青宁，程麦理，尹俊红，等.地震模拟振动台扩展系统理论分析及试验研究［J］.振动与冲击，2015，34(7)：8184.
LI Qingning, CHENG Maili, YIN Junhong, et al. Theoretical and experimental analysis on shaking table extended system for seismic simulation［J］. Journal of
Vibration and Shock, 2015, 34(7)：8184.
［6］凌贤长，王丽霞，王东升，等.非自由液化场地地基动力性能大型振动台模型试验研究［J］.中国公路学报，2005，18(2)：3439.
LING Xianzhang, WANG Lixia, WANG Dongsheng, et al. Study of largescale shaking table proportional model test of the dynamic property of foundation in unfreedom
ground of liquefaction［J］. China Journal of Highway and Transport, 2005, 18(2)：3439.
［7］孟上九，刘汉龙，袁晓铭，等.可液化地基上建筑物不均匀震陷机制的振动台试验研究［J］.岩石力学与工程学报，2005，24(11)：19781985.
MENG Shangjiu, LIU Hanlong, YUAN Xiaoming, et al. Experimental study on the mechanism of earthquakeinduced differential settlement of building on liquescent
subsoil by shaking table［J］. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(11)：19781985.
［8］吴伟，姚令侃，陈强.坡形和加筋措施对地震响应影响的振动台模型实验研究［J］.重庆交通大学学报(自然科学版)，2008，27(5)：689694.
WU Wei, YAO Lingkan, CHEN Qiang. Study on influence of shape and reinforced measures on seismic response in largescale shaking table model tests［J］. Journal of
Chongqing Jiaotong University (Natural Science), 2008, 27(5)：689694.
［9］肖旭红.汶川地震简支梁桥桥墩及主梁震害机理分析［J］.重庆交通大学学报(自然科学版)，2014，33(2)：1520.
XIAO Xuhong. Damage mechanism of simply supported beam bridges’ pier and girder in Wenchuan earthquake［J］. Journal of Chongqing Jiao tong University (Natural
Science), 2014, 33(2)：1520.
［10］万凯，王萍，朱冬云.电液振动台控制系统的现状与发展［J］.仪器仪表用户，2012，19(4)：15.
WAN Kai, WANG Ping, ZHUDongyun. Present situation and the development in electrohydraulic vibration control system［J］. Electronic Instrumentation Customers,
2012, 19(4)：15.
［11］肖剑，马自勤.机床伺服电机的选型方法分析［J］.机械研究与应用，2011(4)：4849.
XIAO Jian, MA Ziqin. The selection method of servo motor in the field of machine tool［J］. Mechanical Research & Application, 2011(4)：4849.
［12］刘乘，刘俊，张凯凯.交流伺服电机为动力的包装压力试验机设计［J］.轻工机械，2010，28(1)：6769.
LIU Cheng, LIU Jun, ZHANGKaikai. Design of a newly package pressure tester drived by a servo motor［J］. Light Industry Machinery, 2010, 28(1)：6769.
［13］左大为，李伟，郑庆法，等.精梳纺织机械技术升级的电气传动方案研究［J］.机电工程，2006，23(3)：15.
ZUO Dawei, LI Wei, ZHENG Qingfa, et al. Research on the technique upgrade of the comber electrization［J］. Journal of Mechanical & Electrical Engineering, 2006,
23(3)：15.
［14］张建奇，李墨翰，张建锋.自动化立体仓库控制系统设计［J］.自动化仪表，2012，33(1)：2831.
ZHANG Jianqi, LI Mohan, ZHANG Jianfeng. Design of the control system for 3D warehouse automation［J］. Process Automation Instrumentation, 2012, 33(1)：2831.
［15］苏仲飞，刘昌旭，韦平顺，等.机器人关节用三自由度球形直流伺服电机［J］.高技术通讯，1994(8)：1618.
SU Zhongfei, LIU Changxu, WEI Pingshun, et al. A 3DOF spherical DC servo motor used for joins of robots［J］. Chinese High Technology Letters, 1994(8)：1618.
［16］ RANA K P S. Fuzzy control of an electrodynamic shaker for automotive and aerospace vibration testing［J］. Expert Systems with Applications, 2011, 38(9)：
1133511346.
［17］ UCHIYAMA Y, MUKAI M, FUJITA M. Robust control of electrodynamic shaker with 2dof control using H∞ filter［J］. Journal of Sound and Vibration, 2009, 326
(1/2)：7587.
［18］王永志，袁晓铭，王海.动力离心试验常规点位式量测技术改进方法［J］.岩土力学，2015，36(增刊2)：722728.
WANG Yongzhi, YUAN Xiaoming, WANG Hai. Improvement method of nodeoriented measurement technique for dynamic centrifuge modeling［J］. Rock and Soil Mechanics,
2015, 36(Sup 2)：722728.
［19］孙锐，袁晓铭.场地液化对反应谱影响评价［J］.应用基础与工程科学学报，2010，18(增刊)：173180.
SUN Rui, YUAN Xiaoming. Evaluation for effect of site liquefaction on response spectrum［J］. Journal of Basic Science and Engineering, 2010, 18(Sup)：173180.

[1]	安治国，豆旺，李亚坤，王善明. 改进型并联流道液冷开关磁阻电机散热研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(06): 136-142.
[2]	谭绪凯1,2，高峰1,2，徐伟1，罗兴1. 地震作用下隧道工程失稳判定方法探讨[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(03): 108-115.
[3]	陈谦1，宋亮2，王帅1，问鹏辉1. 泡沫沥青冷再生混合料路用性能综合评价[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2021, 40(02): 83-88.
[4]	李海莲1，2，林梦凯1，2，王起才1，2. 高速公路沥青路面使用性能模糊区间评价方法研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2020, 39(09): 80-87.
[5]	姜保军，周鹏飞. 一种永磁有限转角电机的磁场分析[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2020, 39(08): 119-124.
[6]	邓任任1,2，左红兵1,2，何胜利1,2，田大伟1,2，邓烽1,2，宋锦海1,2. 船舶岸基供电多样化设计及其应用研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2020, 39(05): 138-144.
[7]	李菁若1,2，吴卓科3，陈小莉3，孙宏贤4，谭巍2，李娜4. 沥青混合料抗滑性能评价指标与抗滑寿命预估方法研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(12): 69-75.
[8]	王强1,2，齐晓杰1，王云龙1，姜莉1，王国田1. 基于生命周期理论的工程翻新轮胎经济性模型及评价[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(05): 118-122.
[9]	安治国，刘高朋，高尉. 转子辅助槽对IPM性能的影响研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(04): 123-127.
[10]	吴华伟1，叶从进1,2，聂金泉1. 基于K-S检验法和ALTA的IGBT模块可靠性寿命分布研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(01): 119-124.
[11]	曹源文1，周华1，肖伟1，杨雪1，夏柱林2，郑南翔3. 基于ANSYS CFX的PVA纤维束搅拌分散作用机理研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(01): 125-130.
[12]	许广举，高鉴，赵洋. 三缸柴油机曲轴动平衡仿真分析研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2019, 38(01): 131-136.
[13]	张敏，张鸿鑫，刘永臻，雷林. 内置压电悬臂梁流致振动能量收集实验研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2018, 37(12): 133-137.
[14]	严国军1,2,3, 杨彦1, 顾建华1, 姚月琴1，祁淼1,4. 纯电动拖拉机机电耦合系统非线性振动分析[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2018, 37(10): 123-132.
[15]	梅建伟，田艳芳，罗敏，刘杰，魏海波. 异步电机矢量控制温度补偿技术研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版）, 2018, 37(02): 123-128.

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