Construction and control of a desktop earthquake simulator

Abstract

Ta ınabilir boyutta ve servo motor ile çalı an tek boyutlu bir depremsimülatörü imal edilmi tir. Hareketli tabla 40 cm x 40 cm'lik boyutlara sahiptir. 80kg'lık bir yükü 2 g'lik ivmeyle (1 g â 9.81 m/s 2 ) hareket ettirebilmektedir. Yerde i tirme kapasitesi ± 7 cm'dir. stenen hareketi sa lamak için motoru -25 cm/s ile25 cm/s aralı ında süren motor sürücüsüne (servo ünitesi) -10 ile +10 Volt arasındabir de er verilir. Depremin hız-zaman datasını okuyup, elektrik voltajı üreten sürücüprogramı iki noktaya dikkat ederek hazırlanılmı tır: Birincisi, benzetilen depreminen büyük hızı motor kapasitesinden büyük olmamalıdır. kinci olarak depremin enbüyük yer de i tirmesi tablanın kapasitesinden büyük olmamalıdır.Mevcut çalı mada, daha önce kaydedilmi kuvvetli yer hareketi ivme zamanserileri, mühendislik analizlerine uygun veri elde etmek için i lenmi tir. Kuvvetli yerhareketi ivme serileri Scilab programında i lenmi tir. Kuvvetli yer hareketiverilerinin i lenmesinin ana amaçları, kuvvetli hareket kayıt cihazının kendi tepkisinidüzeltmek ve kaydedilmi sinyallerdeki rastgele gürültüleri azaltmaktır. lem,kayıttaki kullanılabilir sinyallerin dü ük frekans alanlarına yo unla tırılmı tır.Bu çalı mada elde edilen çıktılar ile bazı i lenmi kuvvetli yer hareketi verisa layıcılarından elde edilen çıktıların kıyaslanmasıyla elde edilen sonuçlarmemnuniyet vericidir. Bazı küçük farklar, farklı integrasyon yöntemlerinden, farklıfiltre derecelerinden, sıfır ile beslemeden ve de i ik filtre kullanımından (örne in,acausal veya causal Buttherworth filter) kaynaklanabilir.Simulasyonlar, Linux ve gerçek zamanlı Linux ortamında gerçekle tirilmi tir.Gerçek zamanlı Linux ortamının özellikleri sayesinde i letim sisteminin gecikmelereneden olmasına izin vermeden, sinyallerin servo sürücüsüne zamanında gönderilmesisa lanmı tır.

A portable, servo motor driven, and single-degree-of freedom earthquakesimulator is manufactured. The moving table has a dimension of 40 cm x 40 cm. Itcan carry a load of 80 kg, accelerated to 2 g (1 g â 9.81 m/s 2 ). Its maximumdisplacement capacity is ± 7 cm. In order to obtain the desired motion, a voltage of -10 to +10 volts is applied to the servo unit (motor driver), which is adjusted to movethe table at -25 cm/s and 25 cm/s, respectively. A runtime program is written to readan earthquake?s velocity-time data and to produce an electrical voltage that takescare of the following two items: First, the maximum speed of the simulatedearthquake can not be larger than the motor?s capacity. Second, the maximumearthquake displacement can not be larger than the table?s displacement capacity.In the present work, the recorded strong motion acceleration time series areprocessed in order to obtain useful data for engineering analysis. Strong motionaccelerogram processing (earthquake data processing) is performed in Scilab. Theobjectives of strong motion data processing are corrections for the response of thestrong motion instrument itself, and reduction of random noise in the recordedsignals. The processing concentrates on the low-frequency ranges of the usable signalin the records.The results obtained from comparison of the present work?s outputs and somedata providers? outputs are satisfactory. Some slight differences exist due to thedifferent integration schemes and due to the application of different filter orders,zero-padding, and different filters for instance, acausal or causal Butterworth filter.The simulations are performed in a regular Linux environment and also in aRealtime Linux environment. The advantage of the realtime environment ensures thesignals send to the servo driver to be on-time-no delay due to operating systemtasks.