基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法

针对地震模拟振动台受到系统和试件非线性等因素影响,导致波形再现精度不高的问题,提出基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法以提高振动台的控制效果,通过数值仿真和实际振动台试验对该方法的控制性能进行研究。研究结果表明:基于幂指数法的地震模拟振动台频域前馈补偿方法能够快速收敛,迭代次数较少,可以大幅提高振动台的波形复现精度,能够提高振动台的控制性能。

基于LSTM的振动台参数整定方法

地震模拟振动台的控制多采用三参量控制作为底层控制算法,三参量控制参数多,整定耗时费力。提出一种基于LSTM(长短时记忆网络)的振动台三参量控制参数整定算法。将振动台系统的测试加速度输入和输出数据分为训练集、测试集和验证集,建立并训练一个LSTM深度网络用以模拟振动台的系统模型;针对LSTM深度网络模型引入新的三参量控制环节,采用梯度下降法进行控制参数的离线整定;最后将整定参数与控制系统原参数进行合并用于实机验证。结果表明:所提出的整定方法可以达到优于手动调参的结果,整定过程通过系统模型离线完成,不需实机运行,具有效率高、效果好的优点.

文物展柜隔震装置的振动台试验研究

为有效保护馆藏文物,减小地震损害,设计并研制了一种直线导轨式文物展柜水平隔震装置。根据某一博物馆展柜及文物建立了2个等比例模型,在其中一个展柜底部安装隔震器,与不加隔震器的展柜同时进行振动台试验,对比测试隔震器的隔震性能。通过加载水平单向地震波,测试了文物展柜隔震系统的自振特性,对比分析了文物展柜隔震系统的位移响应、加速度响应和减震率。试验结果表明:在不同类型和不同强度的地震波作用下,相比非隔震条件,文物展柜隔震系统的位移及加速度响应较小,能保持稳定振动状态;隔震装置的减震率在60%以上,行程始终在容许范围内,且复位能力较好。因此,本隔震装置的隔震效果很好。

地震模拟振动台迭代学习控制算法对比研究

为解决传统控制方法下电液伺服振动台复现波形精度不高的问题,对5种迭代学习控制算法进行了对比研究。采用的迭代学习控制算法包括时域迭代算法和频域迭代算法,时域迭代算法有P型学习律和PD型学习律,频域迭代算法有直接迭代、修正迭代和幂指数迭代,通过振动台仿真模型对比研究各种方法的控制效果。研究结果表明:在相同模型和相同波形条件下,所采用的5种算法中,频域迭代算法优于时域迭代算法,频域迭代算法下波形的相关系数可达98%以上,最大峰值误差在5%以内。

基于卡尔曼滤波的振动台子结构试验方法研究

振动台子结构试验是一种有效的实时结构混合试验方法,持续受到国内外学者的关注。利用振动台和其它加载装置进行联合加载,从而提升和扩展振动台的加载能力,实现大比例甚至足尺结构试验的目的。基于主动质量驱动器(AMD)加载方法的振动台子结构试验中,在试验子结构和数值子结构完全拆分的情况下,无论采用位移PID还是三参量控制,在界面加速度输入情况下AMD系统在3~5 min后会产生失稳现象,通过调整控制增益、对加速度反馈信号进行滤波无法消除这种现象。在加速度传感器噪声的影响下,子结构试验系统无法保持长期稳定,通过数值仿真表明现有的时滞补偿算法也无法消除这种失稳现象。考虑这种情况,将卡尔曼滤波引入界面加速度的量测环节,通过整体结构模型求得的界面加速度对实测界面加速度进行修正,从而提升了振动台子结构试验的系统稳定性和试验精度。数值仿真结果表明,通过设置合理的卡尔曼滤波参数,可以抑制加速度传感器随机噪声对子结构试验精度的影响,系统时滞稳定性也得到显著改善。文中的研究结果为振动台子结构试验的成功实施提供了一种可行的解决方案。

单檐歇山式古建模型动力特性与多遇地震响应

为了更好保护古建筑,以某单檐歇山古建筑模型为对象,应用已有的试验成果,采用有限元分析方法,研究其动力特性及8度多遇地震响应。采用弹簧单元模拟榫卯节点及斗拱构造,并考虑柱础为平摆浮搁,建立古建筑模型的有限元模型。通过模态分析,获得了模型的基频及主振型;通过对模型输入PGA=0.1g(x向)的水平双向地震波(x∶y=0.85∶1),获得了典型节点的位移、加速度响应曲线、典型单元的内力响应曲线,并对模型的抗震性能进行评价。结果表明:模型基频为1.34Hz,主振型以平动为主;8度多遇地震作用下,模型能保持稳定振动状态,结构的内力和变形均在容许范围内。有限元分析结果与振动台试验结果一致。本研究结果可为单檐歇山顶式古建筑在多遇地震作用下的性能评估及文物保护提供理论依据,为古建文物管理提供参考。

基于串联长短时记忆网络的振动台子结构试验模拟

振动台子结构试验具有试验测试与数值模拟的双重优势,可实现大尺度甚至足尺模型结构的地震作用复现;振动台子结构试验中数值子结构的实时求解是影响试验精度和系统稳定性、决定试验能否顺利实现的关键因素之一。为提升数值子结构的求解性能,将长短时记忆(long short-term memoryk, LSTM)网络引入到振动台子结构试验中,分别构建了用于模拟试验子结构和数值子结构的神经网络模型,并且在训练数据中引入时滞以模拟系统延迟带来的影响。选择5层钢框架模型结构对神经网络模型进行验证,结果显示,所构建的神经网络模型具有良好的精度、稳定性和时滞补偿能力,计算效率可满足实时控制要求;所提出的神经网络模型可用于振动台子结构试验的数值子结构实时求解。

土木工程虚拟实验中心的建设与思考

结合北京工业大学土木工程虚拟实验中心建设和申报国家级虚拟仿真实验中心的若干经验和主要成果,分析了虚拟实验平台网络化、三维化、沉浸式、交互式和与有限元软件相结合的技术特点,指出了虚拟实验技术与远程试验、混合试验相结合的发展方向,相关研究工作可供相关院校的虚拟实验中心建设和虚拟实验技术开发所参考借鉴。

结构虚拟实验教学系统的开发与应用

"结构检测技术"是土木工程专业一门重要专业技术课程,实验项目较复杂,实验费用开支较多,实验安排难度较大。提出一种基于3D环境的结构虚拟实验教学平台,针对混凝土简支梁静力试验开发了一套仿真实验系统,在试用过程中,受到了学生普遍的欢迎。此外,简要介绍了虚拟实验技术发展背景和应用前景,分析了结构虚拟实验教学软件的重要作用和开发要点,对于构建虚拟实验平台所涉及的关键技术进行了探讨,对于结构虚拟实验教学系统的进一步开发计划进行了简要介绍。

地震模拟振动台反馈控制系统的速度合成方法

针对地震模拟振动台三参量反馈控制中的速度反馈环节,提出一种具有对称形式的速度合成器,该速度合成器只有2个设计参数,易于实现数字化并且满足合成精度要求.与现有模拟速度合成器相比,设计和应用更为方便实用.

地震模拟振动台台阵控制技术的研究与发展

地震模拟振动台台阵系统是一种重要的结构动力试验设备,其控制技术是国际范围内结构实验技术领域的重要研究方向。文章简要介绍了地震模拟振动台及多振动台台阵系统的历史发展和现状,以北京工业大学九子台台阵系统为例,对振动台台阵控制系统的功能、特点进行了总结和介绍,并重点分析和探讨了多振动台台阵系统控制技术的相关研究与发展。该研究工作对于开展振动台相关控制技术和振动台混合试验技术的研究具有一定的参考价值。

基于TMD加载的振动台子结构试验技术研究

为克服常规振动台子结构试验需要设置大行程作动器和附加反力墙,实施难度大,控制比较复杂的困难,本文以调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)作为振动台子结构试验的一种简化加载装置,给出了TMD装置动力参数的设计方法,通过数值模拟和振动台试验检验了基于TMD加载的振动台子结构试验的控制效果。研究表明,合理设计TMD装置的控制参数可以在一定程度上满足振动台试验的控制精度要求,TMD加载方法适用于特定结构形式的振动台子结构试验。

基于EASY5地震模拟振动台控制系统仿真

EASY5软件是一套面向多学科的动态系统仿真软件,具有模型库丰富、建模方便、便于二次开发等诸多优点。基于EASY5建立了地震模拟振动台系统的仿真模型,进行了地震波输入下的系统仿真分析。仿真结果表明:EASY5可以很好地模拟振动台系统的特性,可以用于地震模拟振动台控制系统的精细化建模和复杂算法研究。

基于专家经验的振动台控制参数自整定方法研究

地震模拟振动台控制系统的控制参数较多,其参数手动整定费时费力,尤其对于多振动台台阵系统,其手动整定难度很大。基于上述问题,根据专家进行系统调试的经验,提出了一种振动台控制参数自整定策略,分析了手动整定中各参数对系统性能的影响,给出了自整定算法的整定规则,并通过Matlab仿真进行振动台的控制参数自动整定。通过比较自整定参数和理论计算参数下的时频域特性,验证了本文所给出的自整定算法。结果表明,该方法具有简单实用及较好的实用价值,可供振动台参数自整定研究参考和借鉴。

九子台模拟地震振动台台阵系统及应用

地震模拟振动台作为结构抗震研究的重要试验设备之一,从20世纪60年代至今,经历了从线性到非线性、时不变到时变、模拟控制到数字控制、位移控制到加速度高级算法控制的发展过程。与此同时,随着经济、技术的飞速发展,以及抗震研究工作的进一步深入和广泛,地震模拟振动台台阵试验逐渐发展起来。本文介绍了目前国内外地震模拟振动台台阵试验系统的发展现状,重点介绍了九子台(1 m×1 m)积木式台阵系统的技术指标、结构原理,以及对利用该试验设备进行的重要试验,并提出了振动台台阵系统使用过程中值得关注的问题和需要改进之处。

结构试验机因脆性试件加载所致振动的数值仿真分析

结构试验机在脆性试件破坏阶段所产生的振动会导致试验机和附属建筑物损坏以及导致工作人员产生不适感,为了研究振动产生的机理以及影响因素,利用ABAQUS分析了试件脆性特征、试件尺寸、试验机刚度和试验机基础质量对振动的影响规律.研究表明:试件尺寸越大,极限荷载越大,所引起加速度响应则越大.

大数据时代下研究生科研素质培养研究

科研素质的提升是高校研究生培养的重要目标。随着信息技术的发展,研究生培养已与大数据发生了深度融合,海量科学数据逐渐成为科学研究的基本工具和信息来源。如何在大数据浪潮下推进教育事业的发展,稳步提高学生的数据素养和科研素质,驾驭第四范式的挑战成为亟待解决的问题。文章重点分析大数据时代下高校学生学习方式和科研方法的改变,从教学模式、科研方法两方面具体研究大数据对研究生科研素质培养产生的冲击,同时分析了知识产权、科研伦理等问题,并针对大数据应用于教育领域的独特性,提出研究生科研素质培养建议。

基于多参量控制AMD的振动台子结构试验数值仿真

为了解决振动台子结构试验加载方式复杂的问题,以主动质量驱动器(active mass driver,AMD)装置作为振动台子结构试验的加载设备,以多参量反馈控制作为基本控制算法,以容易产生底部破坏的剪切型框架结构为试验研究对象,通过理论推导、数值仿真以及与PID位移控制进行对比来探讨这种试验方法的可行性、试验效果,以及试验设计的原则和方法.研究表明,多参量控制算法可以显著提高振动台子结构试验的控制精度.

城市小区域防灾对策与紧急避难区的设置

鉴于地震等自然灾害的突发性和巨大破坏作用,在现代大都市的不同区域按照人口密度设置应急避难场所和躲避设施可以有效减小地震等灾害伤亡和经济损失。结合对城市震害特点的分析,提出按社区、楼宇设置小区域防灾避难场所的防灾对策和就近分散、应急维生、多功能防御、功能复用等防灾原则,以期减少地震次生灾害发生,为灾后生产恢复和重建创造有利条件,最大程度减低灾害损失。

分布式地震模拟振动台台阵控制器的硬件架构设计

地震模拟振动台台阵系统是一种重要的结构动力试验设备。目前在振动台台阵控制器设计中,多采用单振动台的控制器或者移植于多通道液压伺服加载系统的设计架构,其性能难以满足复杂的多振动台控制算法运行的需要。文章以北京工业大学九子台地震模拟振动台台阵系统为应用对象,结合控制理论、数字芯片技术、传感器技术、计算机技术的发展现状,对多振动台控制器的硬件需求和系统功能进行了较全面的分析,提出了一种分层的分布式控制器硬件设计架构。详细阐述了该控制器的设计原理、主要软硬件组成以及对控制算法的支持。该研究工作可为地震模拟振动台台阵控制系统的研发和功能扩展提供参考,也可用于拟动力等结构实验设备控制领域。