基于 Zynq+AD+DA 的振动台控制器测试与验证（四）

振动台系统测试与验证

5.1 测试平台

图 5.1 为本文使用的单自由度电液伺服振动台，其主要参数如表 5.1 所示。

 

5.2 数据预处理

本文所设计的控制器架构是较为通用的，运动波形可以是正弦波、随机波，

也可以是地震波。在参考波形是地震波的试验中，需要对数据进行预处理。这里

有两种情形均需要作预处理：一种是地震波数据只有加速度波形，而没有位移和

速度波形，这时需要根据加速度来合成速度和位移，必要时还要做基线校准 [50] ；

第二种情形是虽然位移、速度、加速度参考波形数据一应俱全，但频率较低、点

数较少，比如每 5ms 有一个点，这时就需要根据已有数据作插值。从地震数据库

网站（ https://esm-db.eu/ ）上下载的地震波大多都有位移、速度、加速度，但点数

不够密集，属于第二种情形。故在实验之前先对地震波数据进行插值预处理，将

其变为每 1ms 一个参考点。

5.2.1 三次样条插值

三次样条插值是一种特殊类型的分段三次插值，它只在插值区间的端点比拉

格朗日插值多两个边界条件，但在内节点处一、二阶导数连续，从而比分段埃尔

米特三次插值更光滑[51]。

5.2.2 插值效果

以罗马尼亚的一次地震波数据（地震编号 RO-1977-0001 ）为例，进行三次样

条插值，其位移波形的插值结果如图 5.2 所示。

5.3.2 正弦波试验

如图 5.3 为上位机实时显示的正弦波试验的运行效果，其中绿色为参考波形，

红色为实际采集的波形。正弦波的频率为 2Hz ，幅值为 50mm 。上位机软件支持

将波形数据导出保存，图 5.4 为上位机导出的波形数据的处理结果。

经过计算，位移波形谐波失真度为 0.02% ，速度波形谐波失真度为 0.21% ，

加速度波形谐波失真度为 2.02% 。位移波形相关系数为 99.86% ，速度波形相关系

数为 98.85% ，加速度波形相关系数为 94.87% 。其中考虑到振动试验中，一般时

间偏移不会对材料或结构的测试产生实质性影响，故在计算相关系数时减去时滞

量。