本發(fā)明涉及一種可向空間任何方向加載的模塊化空間加載試驗(yàn)裝置，用于大型土木工程結(jié)構(gòu)的抗震試驗(yàn)，屬于地震工程和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在嚴(yán)重的外界荷載(強(qiáng)震、強(qiáng)風(fēng)等)作用下，工程結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生大變形乃至發(fā)生開裂和倒塌。超出線彈性階段的基于不同極限狀態(tài)的性能設(shè)計(jì)是當(dāng)前土木工程防災(zāi)研究的熱點(diǎn)之一。為實(shí)現(xiàn)這一先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想、進(jìn)一步提高對(duì)結(jié)構(gòu)災(zāi)變行為的把握，提高其防災(zāi)減災(zāi)能力，有賴于基礎(chǔ)研究的加強(qiáng)。涉及結(jié)構(gòu)復(fù)雜力學(xué)性態(tài)模擬的理論和方法，基于現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)而得以迅速發(fā)展的高精度數(shù)值模擬是必由之路，但這必須以實(shí)踐觀察和物理實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果為依據(jù)。并通過實(shí)驗(yàn)研究驗(yàn)證結(jié)構(gòu)計(jì)算分析理論，發(fā)展新的數(shù)學(xué)力學(xué)模型，最終達(dá)到提高計(jì)算精度并改善結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)防震減災(zāi)目標(biāo)的目的。

隨著我國綜合國力的增強(qiáng)，各地的科研院所先后興建了一些大型的試驗(yàn)裝置，比如大型地震模擬振動(dòng)臺(tái)和臺(tái)陣、擬動(dòng)力試驗(yàn)裝置、大噸位靜力加載裝置等，可以滿足部分土木工程試驗(yàn)需要。但是目前的靜力往復(fù)加載裝置大多只能實(shí)現(xiàn)單向或雙向受力狀態(tài)，且不能模擬地震和風(fēng)振的動(dòng)力效應(yīng)。振動(dòng)臺(tái)裝置可進(jìn)行地震模擬實(shí)驗(yàn)，但限于整體模型的尺寸，不能得出原型構(gòu)件的本構(gòu)關(guān)系。擬動(dòng)力裝置可進(jìn)行大尺寸試件的三向受力實(shí)驗(yàn)，但難以模擬復(fù)雜的邊界約束條件及動(dòng)力硬化效應(yīng)。因此，需要開發(fā)可實(shí)現(xiàn)三向加載、具備多自由度全邊界控制能力、模擬復(fù)雜邊界條件的實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置采用Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在三向六自由 度位移控制的基礎(chǔ)上，引入力-位移混合控制，進(jìn)一步考慮設(shè)備與非線性試驗(yàn)體的耦合，引入魯棒性更強(qiáng)的滑動(dòng)模態(tài)控制算法，進(jìn)行加載邊界上多自由度的解耦和混合控制模式。Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)雖然在機(jī)械、航空、航天、船舶、汽車、醫(yī)療器械等領(lǐng)域得到廣泛研究與應(yīng)用，但將Stewart平臺(tái)應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)負(fù)載結(jié)構(gòu)加載和邊界條件的模擬是本項(xiàng)目首次提出，主要是為了研究土木工程結(jié)構(gòu)在復(fù)雜受力條件下的本構(gòu)關(guān)系，研究構(gòu)件或子結(jié)構(gòu)在嚴(yán)格邊界條件下的力學(xué)性能和地震響應(yīng)，因此該設(shè)備應(yīng)具備如下特點(diǎn)：(1)可進(jìn)行大型試件的多維、動(dòng)態(tài)本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)，具備拉、壓、剪、扭等能力；(2)組合式加載模塊，以實(shí)現(xiàn)多領(lǐng)域的研究需求；和(3)多自由度解耦控制，這是進(jìn)行多自由度控制的關(guān)鍵技術(shù)問題。

與國內(nèi)外已建成的大型空間加載裝置相比，本發(fā)明的模塊化萬向加載加載裝置更加靈活，多臺(tái)聯(lián)合使用可構(gòu)建復(fù)雜的空間加載平臺(tái)。與功能相對(duì)單一的壓剪試驗(yàn)機(jī)和墻板試驗(yàn)機(jī)相比，其功能更加全面，可實(shí)現(xiàn)三維本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)研究。本發(fā)明的模塊化萬向加載加載裝置加載能力大，而且可實(shí)現(xiàn)快速加載，解決靜力或擬動(dòng)力試驗(yàn)中難以克服的加載速率影響，具備各個(gè)自由度之間、力和位移之間的混合控制模式，為再現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間受力狀態(tài)下的動(dòng)力災(zāi)變?nèi)^程提供可靠的試驗(yàn)本構(gòu)關(guān)系。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的空間多自由度力-位移混合加載問題。本發(fā)明采用并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)制，利用雙閉環(huán)控制進(jìn)行位移和力的正解，實(shí)現(xiàn)多自由度加載中的精確力控制。

本發(fā)明的模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置包括上臺(tái)面1、下臺(tái)面2、作動(dòng)器3、 力傳感器4、位移傳感器5、機(jī)械萬向鉸6、下位機(jī)控制器7、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8、模式控制器9、上位機(jī)控制器10，作動(dòng)器6通過機(jī)械萬向鉸6與上臺(tái)面1和下臺(tái)面2分別連接，6臺(tái)作動(dòng)器形成并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)制，可控制上臺(tái)面1在空間任何方向運(yùn)動(dòng)。

所述模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置由上位機(jī)控制器10發(fā)出目標(biāo)控制向量u_i+1到模式控制器9，模式控制器9將目標(biāo)控制向量和其模式控制類別轉(zhuǎn)化為整體坐標(biāo)系下的位移/力混合目標(biāo)向量d^c_i+1(t)，通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8將目標(biāo)向量轉(zhuǎn)化為作動(dòng)器的目標(biāo)信號(hào)l^c_k，由下位機(jī)控制器7驅(qū)動(dòng)6臺(tái)作動(dòng)器3對(duì)試驗(yàn)體進(jìn)行加載，同時(shí)各個(gè)作動(dòng)器的力傳感器4和位移傳感器5反饋信號(hào)m^c_k，并由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)化為整體坐標(biāo)系下的位移和力反饋向量Y^R_i+1(t)，發(fā)送給上位機(jī)控制器10，通過比較后形成閉環(huán)控制。

所述上臺(tái)面1為萬向加載試驗(yàn)裝置的加載平面，試驗(yàn)中與試驗(yàn)體連接。

所述下臺(tái)面2為萬向加載實(shí)驗(yàn)裝置的反力部件，試驗(yàn)中與實(shí)驗(yàn)室反力墻或反力地板連接。

所述作動(dòng)器3的位移由位移傳感器5測量，作用力由力傳感器4測量，其動(dòng)作由伺服閥11驅(qū)動(dòng)。

所述下位機(jī)控制器7由內(nèi)環(huán)伺服控制器12、反饋信號(hào)調(diào)理電路13、伺服命令比較器14構(gòu)成，反饋信號(hào)調(diào)理電路13接受來自位移傳感器5和力傳感器4的反饋信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大電路調(diào)理形成調(diào)理后反饋信號(hào)，伺服命令比較器14將目標(biāo)信號(hào)與調(diào)理后反饋信號(hào)比較后生成比較信號(hào)發(fā)送給內(nèi)環(huán)伺服控制器12，內(nèi)環(huán)伺服控制器12采用PID控制，將比較信號(hào)轉(zhuǎn)換為命令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器3運(yùn)動(dòng)，下位機(jī)控制器具有6個(gè)通道，每個(gè)通道控制1臺(tái)作動(dòng)器3。

所述坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8包括A/D變換模塊15、D/A變換模塊16和坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17，將6臺(tái)作動(dòng)器的位移和力模擬信號(hào)經(jīng)過A/D變換模塊15后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17，得到上臺(tái)面1整體坐標(biāo)系下的位移和力，并將其傳輸給上位機(jī)控制器10，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8的另一個(gè)功能是接收模式控制器9的數(shù)字目標(biāo)信號(hào)，通過坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17進(jìn)行逆變換為6臺(tái)作動(dòng)器的目標(biāo)值，通過D/A變換模塊16轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送給下位機(jī)控制器7作為其目標(biāo)信號(hào)。

所述模式控制器9具有攝動(dòng)矩陣求解模塊18、力位移轉(zhuǎn)換模塊19，攝動(dòng)矩陣求解模塊18在試驗(yàn)體連接后，采用攝動(dòng)方法自動(dòng)生成試驗(yàn)體剛度矩陣，力位移轉(zhuǎn)換模塊19根據(jù)上位機(jī)控制器10的目標(biāo)信號(hào)和模式信號(hào)將相關(guān)目標(biāo)值從位移轉(zhuǎn)化為力或者從力轉(zhuǎn)化為位移，并發(fā)送給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8。

所述上位機(jī)控制器10包括臺(tái)式機(jī)20、數(shù)字命令比較器21、多輸入多輸出魯棒控制器22和卡爾曼濾波器23，數(shù)字命令比較器21接收來自坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8的整體坐標(biāo)系的力和位移信號(hào)，通過卡爾曼濾波器23后與整體坐標(biāo)期望信號(hào)進(jìn)行比較，生成比較信號(hào)，比較信號(hào)通過多輸入多輸出魯棒控制器22后生成目標(biāo)信號(hào)及模式信號(hào)發(fā)送給模式控制器9，數(shù)字命令比較器21、多輸入多輸出魯棒控制器22和卡爾曼濾波器23均安裝在臺(tái)式機(jī)20內(nèi)，臺(tái)式機(jī)20具有與系統(tǒng)集成控制器24交互的接口。

所述系統(tǒng)集成控制器24可與多臺(tái)上位機(jī)控制器10進(jìn)行交互，控制多臺(tái)模塊式萬向加載裝置進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，也可與數(shù)值子結(jié)構(gòu)25交換數(shù)據(jù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有裝置相比具有以下效果：軸向加載能力大、水平方向各向基本同性，加載能力近似；作動(dòng)器規(guī)格相同便于維護(hù)；各向加載能力分配比例可根據(jù)角度調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)領(lǐng)域中試驗(yàn)體精準(zhǔn)邊界條件加載的目 標(biāo)，可以與數(shù)值子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)加載，可以靈活配置多個(gè)模塊化空間加載裝置進(jìn)行復(fù)雜試驗(yàn)體的加載。

發(fā)明工作原理

上位機(jī)控制器10包含多輸入多輸出魯棒控制模塊22，輸入量和輸出量信道數(shù)不少于6個(gè)，控制矩陣為6x6的方陣，其對(duì)角主元采用比例積分控制參數(shù)構(gòu)成，也可采用滑動(dòng)模態(tài)控制。當(dāng)采用滑動(dòng)模態(tài)控制時(shí)，可更好的控制非線性試驗(yàn)體的加載精度，此時(shí)，需基于控制對(duì)象(模式控制器9、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8、作動(dòng)器3和試驗(yàn)體組成的系統(tǒng))的狀態(tài)空間矩陣設(shè)計(jì)滑動(dòng)模態(tài)控制器，基于整體坐標(biāo)系位移和力反饋向量Y^R_i+1(t)和目標(biāo)控制向量u_i+1設(shè)計(jì)卡爾曼濾波器23識(shí)別多維向量的狀態(tài)量，由滑動(dòng)模態(tài)在滑移面上的滑動(dòng)來使多輸入多輸出系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)體非線性實(shí)現(xiàn)較好的解耦控制。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8主要目的是為了實(shí)現(xiàn)整體坐標(biāo)系下力/位移與作動(dòng)器鉸點(diǎn)空間多個(gè)作動(dòng)器的作動(dòng)器伸縮量命令l^c_k之間的幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系。將模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置上平臺(tái)與試驗(yàn)體的連接點(diǎn)作為加載控制點(diǎn)，控制點(diǎn)上加載方向的笛卡爾坐標(biāo)系定義為整體坐標(biāo)系，將各作動(dòng)器的軸向伸縮定義為作動(dòng)器鉸點(diǎn)空間。從機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)角度說，要得到6臺(tái)作動(dòng)器伸縮量命令l^c_k，是該系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)反解；而通過作動(dòng)器位移和反力反饋信號(hào)m^c_k得到加載控制點(diǎn)在整體坐標(biāo)系下的位移和力，是本系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正解。

附圖說明

圖1是本發(fā)明模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置構(gòu)成示意圖；

圖2是本發(fā)明模塊式萬向加載裝置控制流程圖；

圖3是本發(fā)明下位機(jī)控制器7與作動(dòng)器3構(gòu)成示意圖；

圖4是本發(fā)明坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8構(gòu)成示意圖；

圖5是本發(fā)明模式控制器9構(gòu)成示意圖；

圖6是本發(fā)明上位機(jī)控制器10構(gòu)成示意圖；

圖7是實(shí)施例二單個(gè)模塊式萬向加載裝置進(jìn)行地震模擬加載試驗(yàn)框圖；

圖8是實(shí)施例三兩個(gè)模塊式萬向加載裝置進(jìn)行地震模擬加載試驗(yàn)框圖；

圖9是實(shí)施例四兩個(gè)模塊式萬向加載裝置和數(shù)值子結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)加載試驗(yàn)框圖。

圖中，1-上臺(tái)面、2-下臺(tái)面、3-作動(dòng)器、4-力傳感器、5-位移傳感器、6-機(jī)械萬向鉸、7-下位機(jī)控制器、8-坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器、9-模式控制器、10-上位機(jī)控制器、11-伺服閥、12-內(nèi)環(huán)伺服控制器、13-反饋信號(hào)調(diào)理電路、14-伺服命令比較器、15-A/D變換模塊、16-D/A變換模塊、17-坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊、18-攝動(dòng)矩陣求解模塊、19-力位移轉(zhuǎn)換模塊、20-臺(tái)式機(jī)、21-數(shù)字命令比較器、22-多輸入多輸出魯棒控制器、23-卡爾曼濾波器、24-系統(tǒng)集成控制器、25-數(shù)值子結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一：

結(jié)合附圖1-附圖6說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)多向耦合條件下力/位移混合加載試驗(yàn)條件：

如附圖1，在上臺(tái)面1和下臺(tái)面2之間按照并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的方式安裝6臺(tái)作動(dòng)器3，每臺(tái)作動(dòng)器3安裝有一臺(tái)力傳感器4和一臺(tái)位移傳感器5，并通 過兩臺(tái)機(jī)械萬向鉸6與上臺(tái)面1和下臺(tái)面2相連接，作動(dòng)器3通過伺服閥11驅(qū)動(dòng)，如附圖3。上臺(tái)面1是與試驗(yàn)體連接的加載平臺(tái)，也是進(jìn)行試驗(yàn)的控制點(diǎn)。下臺(tái)面具有足夠的剛度和強(qiáng)度，通過側(cè)壁螺栓孔與實(shí)驗(yàn)室反力地板或反力墻相連。

模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置具有兩個(gè)層次的閉環(huán)控制，如附圖2，內(nèi)環(huán)控制由下位機(jī)控制器7實(shí)現(xiàn)，采用PID控制對(duì)單臺(tái)作動(dòng)器3進(jìn)行位移控制。外環(huán)控制由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8、模式控制器9和上位機(jī)控制器10構(gòu)成，外環(huán)控制器可實(shí)現(xiàn)上臺(tái)面1加載點(diǎn)在整體坐標(biāo)系的6自由度力/位移混合控制，其控制模式是由模式控制器9實(shí)現(xiàn)的，而從整體坐標(biāo)系到作動(dòng)器鉸點(diǎn)空間的變換由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8完成。同時(shí)各個(gè)作動(dòng)器的力傳感器4和位移傳感器5反饋信號(hào)由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8轉(zhuǎn)化為整體坐標(biāo)系下的位移和力反饋向量，發(fā)送給上位機(jī)控制器10，形成閉環(huán)控制。

附圖3是下位機(jī)控制器7的構(gòu)成示意圖，由內(nèi)環(huán)伺服控制器12、反饋信號(hào)調(diào)理電路13、伺服命令比較器14構(gòu)成，反饋信號(hào)調(diào)理電路13接受來自位移傳感器5和力傳感器4的反饋信號(hào)，經(jīng)過濾波、放大電路調(diào)理形成調(diào)理后反饋信號(hào)，伺服命令比較器14將目標(biāo)信號(hào)與調(diào)理后反饋信號(hào)比較后生成比較信號(hào)發(fā)送給內(nèi)環(huán)伺服控制器12，內(nèi)環(huán)伺服控制器12采用PID控制，將比較信號(hào)轉(zhuǎn)換為命令信號(hào)，驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器3運(yùn)動(dòng)，下位機(jī)控制器具有6個(gè)通道，每個(gè)通道控制1臺(tái)作動(dòng)器3。

附圖4是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8的構(gòu)成示意圖，包括A/D變換模塊15、D/A變換模塊16和坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17，將6臺(tái)作動(dòng)器的位移和力模擬信號(hào)經(jīng)過A/D變換模塊15后轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17，得到上臺(tái)面1整體坐標(biāo)系下的位移和力，并將其傳輸給上位機(jī)控制器10，坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換器8的另一個(gè)功能是接收模式控制器9的數(shù)字目標(biāo)信號(hào)，通過坐標(biāo)變換矩陣計(jì)算模塊17進(jìn)行逆變換為6臺(tái)作動(dòng)器的目標(biāo)值，通過D/A變換模塊16轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并傳送給下位機(jī)控制器7作為其目標(biāo)信號(hào)。

附圖5是模式控制器9的構(gòu)成示意圖，具有攝動(dòng)矩陣求解模塊18、力位移轉(zhuǎn)換模塊19，攝動(dòng)矩陣求解模塊18在試驗(yàn)體連接后，采用攝動(dòng)方法自動(dòng)生成試驗(yàn)體剛度矩陣，力位移轉(zhuǎn)換模塊19根據(jù)上位機(jī)控制器10的目標(biāo)信號(hào)和模式信號(hào)將相關(guān)目標(biāo)值從位移轉(zhuǎn)化為力或者從力轉(zhuǎn)化為位移，并發(fā)送給坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8。

附圖6是上位機(jī)控制器10的構(gòu)成示意圖，包括臺(tái)式機(jī)20、數(shù)字命令比較器21、多輸入多輸出魯棒控制器22和卡爾曼濾波器23，數(shù)字命令比較器21接收來自坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器8的整體坐標(biāo)系的力和位移信號(hào)，通過卡爾曼濾波器23后與整體坐標(biāo)期望信號(hào)進(jìn)行比較，生成比較信號(hào)，比較信號(hào)通過多輸入多輸出魯棒控制器22后生成目標(biāo)信號(hào)及模式信號(hào)發(fā)送給模式控制器9，數(shù)字命令比較器21、多輸入多輸出魯棒控制器22和卡爾曼濾波器23均安裝在臺(tái)式機(jī)20內(nèi)，臺(tái)式機(jī)20具有與系統(tǒng)集成控制器24交互的接口。系統(tǒng)集成控制器24可控制多臺(tái)上位機(jī)控制器10進(jìn)行協(xié)調(diào)加載，以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)。

實(shí)施例二：

結(jié)合附圖7說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)多向耦合條件下地震響應(yīng)的加載試驗(yàn)條件：

本實(shí)施例中系統(tǒng)集成控制器24擔(dān)負(fù)了輸入地震動(dòng)，求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的任務(wù)，其產(chǎn)生的力和位移目標(biāo)命令通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)控制器10，由上位機(jī)控制器10控制模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的加載，并將所得到的上 臺(tái)面1控制點(diǎn)的反力反饋給上位機(jī)控制器10，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給系統(tǒng)集成控制器24，進(jìn)而可進(jìn)行下一步動(dòng)力方程的求解，該過程形成了第三層次的閉環(huán)控制。

其余與實(shí)施例一同。

實(shí)施例三：

結(jié)合附圖8說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)聯(lián)動(dòng)，并進(jìn)行地震響應(yīng)的加載試驗(yàn)：

本實(shí)施例中系統(tǒng)集成控制器24擔(dān)負(fù)了輸入地震動(dòng)，求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的任務(wù)，其產(chǎn)生的力和位移目標(biāo)命令通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給多臺(tái)上位機(jī)控制器10，由多臺(tái)上位機(jī)控制器10分別控制多個(gè)模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的邊界條件，各個(gè)模塊上臺(tái)面1控制點(diǎn)的反力反饋給上位機(jī)控制器10，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給系統(tǒng)集成控制器24，進(jìn)而可進(jìn)行下一步動(dòng)力方程的求解，該過程形成了第三層次的閉環(huán)控制。通過控制多臺(tái)模塊式萬向加載實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)現(xiàn)了更加復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系的邊界條件模擬。

其余與實(shí)施例一同。

實(shí)施例三：

結(jié)合附圖9說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式，本實(shí)施方式的模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)聯(lián)動(dòng)進(jìn)行子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，并與數(shù)值子結(jié)構(gòu)進(jìn)行交互實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)模擬：

本實(shí)施例中系統(tǒng)集成控制器24擔(dān)負(fù)了協(xié)調(diào)器的功能，在求解結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程的同時(shí)，滿足多個(gè)子結(jié)構(gòu)的邊界協(xié)調(diào)和平衡條件，以實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力 響應(yīng)模擬。整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程由系統(tǒng)集成控制器求解，其產(chǎn)生的力和位移目標(biāo)命令通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給多臺(tái)上位機(jī)控制器10和數(shù)值子結(jié)構(gòu)25，由多臺(tái)上位機(jī)控制器10分別控制多個(gè)模塊式萬向加載試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的邊界條件，各個(gè)模塊上臺(tái)面1控制點(diǎn)的反力反饋給上位機(jī)控制器10，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給系統(tǒng)集成控制器24，同時(shí)數(shù)值子結(jié)構(gòu)25產(chǎn)生的邊界反力也通過網(wǎng)絡(luò)反饋給系統(tǒng)集成控制器24，這樣可進(jìn)行下一步動(dòng)力方程的求解，該過程形成了第三層次的閉環(huán)控制。通過協(xié)調(diào)控制多臺(tái)模塊式萬向加載實(shí)驗(yàn)裝置和數(shù)值子結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)試驗(yàn)。

其余與實(shí)施例一同。

根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)加載的特點(diǎn)，本文運(yùn)用力-位移混合控制的模塊化空間加載裝置實(shí)現(xiàn)三向六自由度的力/位移混合控制加載。目前國內(nèi)外空間加載裝置主要采用位移控制，采用力控制非常少，實(shí)現(xiàn)三向六自由度的力/位移混合控制更少；同時(shí)，采用雙閉環(huán)控制策略來實(shí)現(xiàn)三向六自由度的力/位移混合控制加載亦未見任何人或者組織提出或?qū)崿F(xiàn)。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。