地震模拟振动台闭环控制系统设计与分析文献综述
引言：地震模拟振动台是地震工程研究中的重要试验设备之一。与静力加载试验、拟静力试验、拟动力试验等手段相比，地震模拟振动台可以很好地再现地震过程，具有惯性力加载、与结构动力条件最接近、波形再现能力好、加载方便(作动器数量较少) 、可多次重复试验，能够研究结构的非线性动力行为等诸多优点，在模型结构甚至部分原型结构试验中得到了广泛应用和普遍认可，大量应用于结构动力特性、设备抗震性能、结构抗震措施检验，以及结构地震反应和破坏机理等研究领域[1]。
1研究背景和意义
众所周知，地震是重大自然灾害之一，造成的人员伤亡和经济损失是巨大的。而且，随着经济的发展，城市现代化步伐的加快，地震造成的损失将更加巨大[2]。我国是一个多地震的国家，历史上发生的多次强震，给国民经济及人民的生命财产带来了巨大的损失。据统计，上世纪我国共发生了 2600 余次破坏性地震，其中有 500 余次地震震级在 6 级以上，平均每年 5.4 次，而震级在 8 级以上的强震 9 次[3]。尤其是 1976 年的唐山地震、2008 的四川汶川地震等特大强震，其造成的巨大灾难性后果，在世界上也是少有的。近年来在全球范围内发生的几次特大强震，如 2004 年的印度尼西苏门答腊大地震，引发的海啸席卷印度尼西亚、泰国、斯里兰卡及印度等国，造成约 30 万人失踪或死亡；2011 年 3 月 11 日发生在日本东北部海域的里氏 9.0 级地震，引发海啸并造成福岛核电站的核泄漏事故，其人员伤亡和财产损失以及由核泄漏带来的严重后果难以估量[4]。为了抵御地震，把损失减小到最低限度，许许多多的抗地震研究工作者投入到了抗地震试验中。随着抗震试验的开展，地震模拟振动台在地震工程领域获得了广泛的应用。
地震模拟振动台技术是包括土建、振动、电子、机械液压传动、自动控制和计算机技术等在内的多学科综合性技术。就驱动方式而言分为电液伺服方式和电动式，由于电液伺服方式具有低频时推力大、位移大、重量轻、体积小、易于搬运安装等特点，目前被广泛应用 [2]。
在地震模拟振动台系统设计中，如何实现振动台台面在误差要求范围内准确地根据输入的振动信号进行振动，这是控制的关键。因为这关乎到后期科研人员在振动台试验中是否能得到可靠而准确的试验数据。无疑该研究具有着重要的实际意义。研究内容主要包括：地震模拟振动台闭环控制系统设计；分析和研究闭环系统在试验中误差的产生原因和大小；进行误差分析，制定切实可行的误差解决方案。
2国内外同类研究现状：
目前国内的振动台控制器大多采用了引进或自主研发的集中式数字控制器，从地震模拟振动台技术的发展水平看，国外商业公司已启动多通道激振器联合控制系统的开发研制。对于地震模拟振动台控制算法而言，国内外针对振动台系统建模、智能算法的应用、控制参数的计算与优化、子结构混合振动台试验、振动台缩模型结构设计等方面开展了一定的研究工作。例如在 20 世纪 70 年代振动台控制算法实现了位移 PID 控制向加速度反馈控制的转变，其后三参量控制算法成为振动台控制的基础算法。90 年代至今，频域迭代修正、最小控制合成算法( MCS) 、非线性离线迭代、自适应反函数控制、伪 微 分 反 馈 控 制( PDF) 、LQR 最优控制、TDC 时滞控制、模糊神经网络( FNN) 控制、LQI 控制、自适应去谐波控制等控制算法陆续开展了在振动台控制应用的探索［5］。现有研究表明，针对不同的振动台，现有控制算法已难以满足结构抗震试验对振动台性能的要求。对于更为复杂的多振动台台阵系统，由于大量作动器同时工作，现有控手段已经无法满足台阵系统对系统稳定性、波形再现精度和同步性要求，针对振动台台阵系统开展高级控制算法的研究已势在必行[6]。
振动台的发展开始于20世纪60年代,当时由于科学技术的快速发展,为了适应抗震研究的需要,首先在多地震的日本提出了在室内建造地震模拟振动台。传统的抗震研究是在多地震区的建筑物上获得地震反应的数据,由于地震的不确定性往往实验的周期长且不可控,而在实验室内建造可以模拟地震的振动台,就可以将野外的不可控的试验变成可以在实验室内可控的试验,可以随时获取大量的实验数据,大大的的缩短实验的周期。
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