[发明专利]一种基于液压作动器的混合试验控制系统及试验方法

说明书

本发明涉及一种基于液压作动器的混合试验控制系统及试验方法，系统包括数值子结构模块、Matlab计算模块、STM32单片机控制器、液压作动器加载装置，数据采集模块和试验子结构模块。本系统采用液压加载设备作为混合试验系统的激振源，利用STM32单片机控制器控制液压加载设备，利用OpenSees‑Matlab软件、串口通信技术、反馈算法、位移传感器以及力传感器等，搭建一套完整的包括软件程序与硬件设备的混合试验系统。本发明解决了传统电动式激振器混合试验系统中实验设备精度较低和存在时滞的问题，提高了整套试验设备的稳定性和试验精度，减短了试验加载反应时间。本发明还具有试验系统测试工况广、试验程序易移植、试验系统易于控制的特点。

技术领域

本发明涉及一种基于液压作动器的混合试验控制系统及试验方法，属于土木工程结构抗震试验技术领域。

背景技术

地震一直是对人类生命财产安全危害最大的自然灾害之一。地震的发生具有不可确定性，目前人类还不能实现地震的准确预报，这使地震对人类社会造成的灾害一直持续着。近一个世纪以来，据不完全统计，地震造成的死亡人数全世界达150多万，其中中国达到50多万，地震造成的经济损失全世界达2500多亿美元，其中我国达到近百亿美元。人们从地震灾害中也渐渐认识到提高建筑结构的抗震性能的重要性。而对于地震灾害，目前使用有效的结构抗震设计方法，是提高房屋的抗震能力，避免结构的严重损坏和倒塌的实际可行方案。合理的结构抗震设计方法需要相应的抗震理论支持和抗震试验的验证，结构抗震试验研究的发展与结构抗震理论的发展是相辅相成的。

随着科学技术的进步，各种新型抗震设计理论、建筑抗震结构构造形式以及隔震耗能减震等技术的出现使传统结构抗震技术得到了完善与发展。在抗震设计理论发展的过程中，抗震试验技术起到了非常重要的作用，它可以有效地验证结构在地震作用中的响应，是研究各种抗震理论及技术的必要手段。

传统抗震试验技术分为三种，即拟静力试验、拟动力试验及地震模拟振动台试验。随着人们对抗震理论研究的深入，一些与速度、加速度相关的抗震材料及试件被应用于建筑结构，它们要求抗震试验过程进行快速甚至实时加载，这为结构抗震试验提出了新的挑战。

如何用较低要求的试验成本及设备获得新型抗震试件在地震中的响应成为抗震试验技术亟待解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种基于液压作动器的混合试验控制系统及试验方法，解决了传统电动式激振器混合试验系统中实验设备精度较低和存在时滞的问题，提高了整套试验设备的稳定性和试验精度，减短了试验加载反应时间。本发明还具有试验系统测试工况广、试验程序易移植、试验系统易于控制的特点。

为了实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于液压作动器的混合试验控制系统，包括：

试验子结构模块，所述试验子结构模块设置于待检测工程结构上；

数据采集模块，所述数据采集模块的采集端对接试验子结构模块，用于实时采集试验子结构模块的动力响应数据；

数值子结构模块，利用OpenSees建立待检测工程结构所对应的数值子结构模型，并基于来自Matlab计算模块的激励信号，获得该数值子结构模型的响应信号，并向Matlab计算模块发送；

Matlab计算模块，用于根据来自STM32单片机控制器的动力响应数据，产生激励信号，并向数值子结构模块发送；

Matlab通讯模块，用于将Matlab计算模块处理后的数据传至数值子结构模块进行房屋结构的数值计算从而实现房屋结构减震分析和地震模拟的联机混合试验；

STM32单片机控制器，用于根据来自Matlab计算模块的控制信号命令，获得液压作动器加载装置加载控制信号命令，并向液压作动器加载装置发送；