一種計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明為一種能夠計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)的瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的方法，用于試 驗(yàn)中在線評(píng)估實(shí)時(shí)混合模擬的實(shí)驗(yàn)效果，避免由于不合理補(bǔ)償導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件破壞以及可 能出現(xiàn)的人身傷害，并為實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)的補(bǔ)償方法提供參考。
【背景技術(shù)】
[0002] 實(shí)時(shí)混合模擬實(shí)驗(yàn)方法將混合模擬實(shí)驗(yàn)和振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，能夠在 大尺度或者足尺的條件下對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)加載，從而克服有效的克服振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)尺寸 效應(yīng)和擬動(dòng)力試驗(yàn)無(wú)法反映速度對(duì)結(jié)構(gòu)的影響的問(wèn)題。該實(shí)驗(yàn)方法，該方法將結(jié)構(gòu)分為試 驗(yàn)子結(jié)構(gòu)和數(shù)值子結(jié)構(gòu)兩部分，其中，實(shí)驗(yàn)子結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)，而數(shù)值子結(jié)構(gòu) 在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)值模擬，子結(jié)構(gòu)之間通過(guò)伺服作動(dòng)器進(jìn)行信息交換。
[0003] 由于伺服系統(tǒng)固有的特性，作動(dòng)器到達(dá)指令位移會(huì)有一個(gè)延遲，該延遲稱為時(shí)滯。 同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)中的誤差，作動(dòng)器的測(cè)量位移與計(jì)算位移之間在幅值上同樣存在誤差，該誤 差稱為幅值誤差。時(shí)滯和幅值誤差都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成很大影響。
[0004] 時(shí)滯和幅值誤差產(chǎn)生的原因復(fù)雜，且受到的影響因素較多，因此在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中時(shí) 滯和幅值誤差是隨時(shí)間變化而變化的。而目前對(duì)時(shí)滯和幅值誤差的計(jì)算往往從整體的角度 出發(fā)，計(jì)算整個(gè)實(shí)驗(yàn)的平均時(shí)滯和平均幅值誤差，與實(shí)際情況不符。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中，結(jié)構(gòu) 的最大響應(yīng)往往持續(xù)時(shí)間非常短，約2s到8s之間，而整個(gè)實(shí)驗(yàn)的持時(shí)可以長(zhǎng)達(dá)30s甚至更 多，因此瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的計(jì)算是非常有必要的。另外，從安全和經(jīng)濟(jì)角度考慮，在實(shí) 驗(yàn)中應(yīng)避免由于不合理補(bǔ)償導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件破壞，也需要對(duì)瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差進(jìn)行實(shí)時(shí) 監(jiān)控。本發(fā)明即針對(duì)上述問(wèn)題展開(kāi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法無(wú)法計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬瞬時(shí)時(shí)滯和幅值 誤差的不足，提供一種計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的方法，采用移動(dòng)窗函 數(shù)的方法，計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬的瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差，可以對(duì)實(shí)時(shí)混合模擬的實(shí)驗(yàn)效果進(jìn) 行在線評(píng)估，避免由于不合理補(bǔ)償導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件破壞以及可能出現(xiàn)的人身傷害，并為補(bǔ) 償方法提供必要的信息參考。
[0006] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的方 法，包括以下步驟：
[0007] 第一步：估算結(jié)構(gòu)的周期，并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)中是否會(huì)出現(xiàn)非線性以及非線性程 度；
[0008] 第二步：確定窗函數(shù)的長(zhǎng)度。對(duì)于線性結(jié)構(gòu)，窗函數(shù)長(zhǎng)度取結(jié)構(gòu)周期的2倍；對(duì)于 非線性結(jié)構(gòu)，根據(jù)非線性的程度，窗函數(shù)長(zhǎng)度取結(jié)構(gòu)進(jìn)入非線性結(jié)構(gòu)前周期的2到4倍；
[0009] 第三步：實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，將窗函數(shù)的起始時(shí)刻分別與計(jì)算位移和測(cè)量位移的初始時(shí) 刻重合。當(dāng)實(shí)驗(yàn)中計(jì)算位移和測(cè)量位移數(shù)據(jù)長(zhǎng)度與窗函數(shù)長(zhǎng)度相同時(shí)，對(duì)計(jì)算位移和測(cè)量 位移進(jìn)行窗變換并計(jì)算該窗函數(shù)上的時(shí)滯和幅值誤差，該時(shí)滯和幅值誤差可以認(rèn)為是窗函 數(shù)末時(shí)刻的瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差。
[0010] 第四步：將窗函數(shù)向后移動(dòng)，移動(dòng)的時(shí)間長(zhǎng)度等于測(cè)量位移（或者計(jì)算位移）相鄰 兩點(diǎn)的時(shí)間。按照第三步的方法，計(jì)算此窗函數(shù)上的時(shí)滯和幅值誤差，作為窗函數(shù)末時(shí)刻的 瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差；
[0011] 第五步：繼續(xù)移動(dòng)窗函數(shù)，計(jì)算窗函數(shù)的時(shí)滯和幅值誤差，直至實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0012] 作為優(yōu)選，所述第一步中結(jié)構(gòu)的周期可以通過(guò)能量法、等效質(zhì)量法或頂點(diǎn)位移法 進(jìn)行估算。對(duì)于比較規(guī)則的N層結(jié)構(gòu)，也可以采用以下近似公式計(jì)算：
[0013] 框架結(jié)構(gòu)：T= (0.08 ~0· 10)N(l，a)
[0014] 框剪結(jié)構(gòu)：T= (0· 06 ~0· 08)N(1，b)
[0015] 剪力墻結(jié)構(gòu)：T= (0· 06 ~0· 08)N(1，c)
[0016] 對(duì)于結(jié)構(gòu)的非線性以及非線性程度，可以通過(guò)比較結(jié)構(gòu)可能的最大位移與屈服位 移的大小得到。
[0017] 作為優(yōu)選，所述第三步中采用實(shí)時(shí)混合模擬頻域評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算該窗函數(shù)上的時(shí)滯 和幅值誤差：
[0018]
[0019]
[0020] A= ||FEI|| (2,c)
[0021] Φ=arctan[Im(FEI)/Re(FEI) ] (2,d)
[0022] d=Φ/ (2π·feq) (2,e)
[0023] 其中yi (f)和y。(f)分別代表計(jì)算位移和測(cè)量位移加窗后的傅里葉變換，p代表窗 函數(shù)長(zhǎng)度的一半，Im( ·)和Re( ·)分別代表FEI的虛部和實(shí)部，F(xiàn)EI代表頻域評(píng)價(jià)指標(biāo)， feq表示等效頻率，A和d分別代表實(shí)時(shí)混合模擬的的幅值和等效時(shí)滯，Φ表示實(shí)時(shí)混合模 擬的相位差。
[0024] 本發(fā)明的有益效果：（1)可以計(jì)算出實(shí)時(shí)混合模擬實(shí)驗(yàn)任意時(shí)刻的時(shí)滯和幅值誤 差，從而能夠?qū)?shí)時(shí)混合模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行在線評(píng)估；（2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)中瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差過(guò)大 時(shí)停止實(shí)驗(yàn)，避免由于不合理補(bǔ)償導(dǎo)致的實(shí)驗(yàn)構(gòu)件破壞以及可能出現(xiàn)的人身傷害；（3)瞬 時(shí)時(shí)滯和幅值誤差可以為補(bǔ)償方法提供必要的依據(jù)，并對(duì)補(bǔ)償方法進(jìn)行修正，從而提高補(bǔ) 償效果。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1為本發(fā)明方法的示意圖。
[0026] 圖中1 :實(shí)時(shí)混合模擬測(cè)量位移或計(jì)算位移；2 :第一個(gè)窗函數(shù)；3第二個(gè)窗函數(shù)； 4 ;時(shí)間軸。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0028] 一種計(jì)算實(shí)時(shí)混合模擬試驗(yàn)瞬時(shí)時(shí)滯和幅值誤差的方法，包括以下步驟：
[0029] 第一步：估算結(jié)構(gòu)的周期，并預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)在實(shí)驗(yàn)中是否會(huì)出現(xiàn)非線性以及非線性程 度。結(jié)構(gòu)的周期可以通過(guò)能量法、等效質(zhì)量法和頂點(diǎn)位移法等方法進(jìn)行估算。對(duì)于比較規(guī) 則的N層結(jié)構(gòu)，也可以采用以下近似公式計(jì)算：
[0030]框架結(jié)構(gòu)：T= (0· 08 ~0· 10)N(1，a)<