基于ARM的电液伺服地震模拟器

　　0 引言

　　近几年， 大强度地震灾害在全球范围内频频发生，加强人类对地震的了解和认识是提高人类应对地震灾害， 减少伤害的必要手段。 地震模拟器就是为了便于人类了解地震， 通过基于 ARM 的电液伺服控制系统的方法， 研制的一种全新设备。

　　地震是地壳的一种强烈波动， 其波形是两种波的合成， 一种为纵波也称 P 波 (P-wave or primary wave)， 另一种为横波也称 S 波 (S-wave or secondary wave)。 地震是多个子波叠加的结果， 振幅、 速度、 时间、 频率决定子波的动态特性， 地震子波波形的确定要通过大量观察实际地质数据确定， 简略掉地质结构的影响， 我们可以用模拟产品达到相似的模拟效果。本文根据模拟产品试验中的振动试验的要求， 对试验对象进行分析、 计算并设计了基于 ARM 的电液伺服控制系统。

　　1 电液伺服系统构成与工作原理

　　1.1 电液伺服系统构成

　　电液伺服系统具有响应速度快、 输出功率大、 控制精确性高等特点， 在航空、 航天、 军事、 冶金、 交通、工程机械等领域得到了广泛的应用。

　　本振动试验系统所用的电液伺服系统的原理框图如图 1 所示。 系统由油源、 伺服阀、 液压缸三部分组成。油源由油箱、 液压泵、 冷却器、 滤油器及各种状态检测仪表组成， 为系统提供动力源。 伺服阀为比例流量阀，接收控制器输出的控制信号， 并转化为流量输出。 液压缸为双杆液压缸， 将伺服阀输出的流量信号转化为振动台的运动速度。 系统中共有五组伺服阀与液压缸组成的电液伺服系统， 驱动振动台实现垂直振动、 水平振动和摆动。

　　设平台做振幅为 A， 频率为ω 的正弦运动， 则其位移 X、速度V 及加速度 a 分别为：

　　依据以上公式可估算出系统的最大位移、 速度、 加速度等参数。

　　1.3 液压系统驱动力估算

　　(1) 垂直方向驱动力 (克服重力及产生加速度力)：

　　其中： m1—振动台及负载总质量 ; a—垂直振动最大加速度。

　　(2) 水平方向驱动力 (克服摩擦力及产生加速度)：

　　其中： m2—上平台总质量; μ—摩擦系数; a—水平振动最大加速度。 依据系统运动参数及所需液压驱动力进行液压系统选型计算及性能估算。

　　2 ARM 的控制器设计

　　控制系统包括工控机和 ARM 控制器两个部分， 通过 CAN 总线进行通信， 实现远程控制。 控制系统功能框图如图 2 所示。