[发明专利]能量注入式虚拟质量共振柱控制系统及控制方法

摘要

本发明公开了能量注入式虚拟质量共振柱控制系统及控制方法，系统包括质量块和控制装置，土试样底端固定在基座上，顶端与质量块中心连接。质量块包括十字架、连接件、4块条形磁铁、加速度计及配重块；控制装置包括单片机、USB接口、模数转换器、数模转换器、电荷放大器、多路开关、可编程增益放大器、采样保持器和功率放大器；加速度计、电荷放大器、可编程增益放大器、采样保持器、模数转换器依次连接，用于检测加速度信号；数模转换器、功率放大器及线圈依次连接，用于驱动质量块使土试样振动。控制装置通过USB接口与PC机连接，接收来自PC的各种指令，同时也将有关数据上传给PC机显示实时显示。

主权项

1.能量注入式虚拟质量共振柱控制系统，其特征在于，包括基座、土试样、质量块和控制装置，该质量块包括十字架、4块条形磁铁、加速度计和配重块，4块条形磁铁分别均匀固定在十字架的四个端上，加速度计安装在十字架的边缘，配重块固定在十字架的边缘，且配重块的重量与加速度计的重量相等，配重块和加速度计以质量块的轴线为对称轴对称设置；每一块条形磁铁的两端分别套设有一线圈；土试样的底端固定在基座上；土试样的顶端与质量块的中心连接；所述控制装置包括单片机、USB接口、模数转换器、数模转换器、电荷放大器、多路开关、信号调理器、可编程增益放大器和采样保持器和功率放大器；加速度计、电荷放大器、可编程增益放大器、采样保持器、模数转换器依次连接，控制装置通过USB接口与PC机连接；信号调理器、电荷放大器、可编程增益放大器均与多路开关连接；所述控制装置不断采样角加速度信号，然后根据用户给定的振动频率和振动幅度进行比较，得到频率误差信号和幅度误差信号，然后分别对这两个误差信号进行数字比例、积分和微分(PID)调节，经数模转换器将数字变为模拟振动信号，通过功率放大器输出驱动线圈产生振动磁场，使4个条形磁铁驱动质量块使土试样顶端按给定的频率和幅度振动；还包括平衡块、滑轮组和钢绳；钢绳的一端与质量块的中心点连接，另一端绕设于滑轮组后从滑轮组引出至与平衡块连接，该平衡块的重量用于抵消质量块的重量。