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阿拉巴马大学

关键基础设施监测和控制使用实时混合仿真

阿拉巴马大学是位于美国阿拉巴马州塔斯卡卢萨的一所公立研究型大学。它成立于1831年,设有13个学部,包括学士、硕士、教育专家和博士学位。

“我们需要一个能够与许多不同类型的信号连接的系统,包括加速计通道、应变计、模拟电压和图像。我们很难或者几乎不可能找到一家商店,但Speedgoat帮助我们成功地实现了这一目标。”

“采用基于模型的设计,因为它可以在可控的环境下简化设计过程,并可以快速评估整个系统的性能。系统中的潜在错误可以很容易地识别和隔离。

宋伟,美国阿拉巴马大学助理教授,博士

成功的故事

性能评估

该大学的土木、建筑和环境工程系正在对桥梁、高层或公共建筑等民用基础设施的实时性能评估和控制进行研究。

在地震和强风等灾难性荷载条件下,必须有实时的结构性能信息,以优化控制阻尼装置以减少振动,并评估损害,以便制定疏散或修复计划。有几个挑战:硬件需要在现场以紧凑和坚固的形式提供实时计算能力。它必须与多种类型的传感器接口,如加速度计,应变计和热电偶。阻尼器必须可靠地控制以减少结构的运动。

的

实时混合仿真

该团队使用实时混合仿真(RTHS)作为一种成本效益高的实验技术,用于检查复杂、全尺寸结构系统在现实载荷条件下的行为。在RTHS中,结构被分离为模拟组件和物理组件。仿真组件通过执行器和传感器在闭环内与物理组件实时连接。通过测试结构的一小部分(物理部件),可以确定整个结构在地震等动态荷载条件下的性能。它可以被认为是大型结构测试的硬件在环平台。

左图显示了当研究安装了磁流变阻尼器的建筑框架的行为时,该原理是如何应用的。将框架结构模拟为有限元模型,并对实际阻尼器进行了室内试验。

实时混合仿真

新颖的人行桥和结果

在研究中,首先对人行桥结构进行建模,并设计了监测算法。在实验室中,使用一个与热电偶、应变计和加速度计连接的Speedgoat实时目标机进行测试。然后对监控算法进行集成和测试。最后,Speedgoat的目标机和传感器部署在现场-见右图。安装的系统用于评估桥梁的状态,并实时更新桥梁的模型。

为控制该阻尼器,进一步建立了桥梁结构的有限元模型。然后使用这些模型进行实验室测试,Speedgoat目标机还控制阻尼器以施加所需的位移,并测量传感器对物理部件的力反馈。

目前该项目仍处于研究阶段。一旦完成,项目资助者可能会对系统的生产感兴趣。

作为项目的一部分,该团队设计了一种延迟补偿算法,以有效减少测试中模拟组件和物理组件之间的延迟。这将在许多其他项目中重用。

人行桥

美国阿拉巴马州的塔斯卡卢萨

www.ua.edu

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