电液振动台控制系统的现状与发展

　　0 引言

　　振动台是一种可以在实验室提供典型振动条件或模拟再现环境的实验设备，可以使工业产品在模拟的振动环境下检验其力学性能的可靠性和稳定性，目前被广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、核工业等国防工业领域以及车辆工程、水利水电工程、有色冶铁、建筑等领域，因此对振动台的研究有着越来越重要的地位。在某种程度上，振动台技术的应用和发展水平标志着一个国家的工业发展水平［1］。

　　电液振动台较之机械振动台、电动振动台，是振动试验中最常用的设备，它的响应速度快、可提供大激振力、抗干扰能力强，即可工作在低频也可工作在高频，还可以实现多种波形试验。在需要大激振力的情况下，可以通过多个液压缸同时工作来实现。与电动振动台比较，电液振动台也有一些缺点，比如输出频率低，波形失真也略微大一些。即使这样，电液振动台还是以其良好的性能和性价比在振动台应用中占有着优势地位。

　　1 电液振动台的国内外发展及未来发展方向

　　1． 1 国外发展现状

　　国外对电液振动台的研究起步较早，无论是在算法上还是硬件上，20 世纪 50 年代中期以来，生产电液振动台的公司很多，如英国的 nIsortn、美国 Wyle 公司、德国 Schenck 公司、力十乐公司、IST 公司、美国的MTS、日本三菱等就先后生产了多种系列的电液振动台。从整体的性能来看，处于领先地位的当属 MTS公司生产的产品，其硬件具有高集成度、体积较小，但由于控制算法基本采用传统的 PID 算法组合，调试相当麻烦，对于不同的实验对象需要调整不同控制参数，自适应性能很差，对新的操作手基本无法正常完成，需要有经验的操作手来设置参数。该公司在近20 年中，已向世界各国出口了近 30 多台大型振动模拟台。当单轴振动台发展到一定的阶段，由于单轴振动台不能完全满足试验的要求，比如波形频率、运动自由度、波形控制精度。于是各个公司开始向多轴振动台、高频宽和高精确度发展。

　　电液多轴振动台是在单轴振动台的基础上发展起来的，Wyle 实验室是国际上最早开始研究多轴振动环境模拟技术和设备的单位之一，在 20 世纪 70 年代就研制成功了三轴电液振动台，该系统的主要技术参数如下:

　　台面尺寸: 2． 7m ×2． 7m;

　　最大试件重量: 6350kg;

　　最大位移: 200mm( 峰峰值) ;

　　最大速度: 0． 9m/s;

　　最大加速度: 4． 5g( 1360kg 负载) ;

　　频率范围: 0 －100Hz［2． 3］。

　　日本也是研制振动台较早的国家。1970 年，日本三菱公司为日本国家防灾中心研制了当时世界上最大的单向大型地震台———15m × 15m 水平或垂直单独工作的地震模拟台。1984 年，三菱公司成功研制了 6m ×6m 的三向六自由度大型地震台，采用三参量控制方法实现了振动台的加速度控制。2000 年，日本防灾科学技术研究所开始在兵库县三木市建造堪称世界上最大的地震台。于 2006 年 1 月完成第一次试验———模拟里氏 7． 2 级地震，研究一栋 16m高的 6 层公寓楼的抗震性能［4］。