问：在使用振动台进行地震测试方面，您注意到哪些趋势？
Brad Thoen： 振动台背后的思路是为一个结构在真实地震情况下经历的地面运动生成高保真度的再现。通过在振动台上测试结构，研究人员可获得他们所需要的深入见解，从而增强的抗震性。
如今，为了生成具有意义的地震再现，研究人员尽可能在振动台上测试满量程样件。这样做的原因是，缩小一个物理结构时，并非所有部分都是线性缩小，结构各个部件的缩小比例都不相同。因此，需要大量工程判断来推断小尺寸样件所得结果与足尺结构的关系。
例如，1995 年神户地震中，许多通过抗震认证的建筑物倒塌。后续研究表明，这可能是因为当时的标准依据的数据系采用较小尺寸测试模型的测试得出。这就是为何要建立 NIED E-Defense 振动台，因为日本结构工程师希望测试满量程样件，避免进行缩放判断。
问：这样使用大尺寸实物样件会为振动台操作带来哪些独特的挑战？
Thoen： 在振动台上使用大型土木结构样件的确给我们带来了重大的控制挑战。
这些样件非常庞大，减震效果轻微。一旦开始，它们就会持续移动，与振动台响应产生明显的相互作用和影响。这是控制问题的根源：指挥振动台向一个方向移动，而样件在另一个方向上用几乎相等的力在推动。
此外，这些样件往往自然频率很低，并且尺寸很高。如果激励这样一个样件的基座时，它倾向于翻倒（倾覆力矩），从而引入俯仰和滚动。
所以会发生两件事：样件抵抗您希望发生的线性运动，同时引入您不希望发生的俯仰和滚动运动——这种运动会导致测试失效。
问：是否有任何工具或技术可以克服这些巨大的样件挑战？
Thoen: 是的，现在有传统的“迭代” 方法，以及一种新开发的称为 “样件动力学补偿 (SDC)” 的 MTS 方法。
迭代方法已经存在一段时间，得到广泛使用。它采用一种学习算法，允许在低级别运行测试（以避免样件破坏），测量响应以了解不足之处，然后修改驱动信号并再次执行测试，希望第二次能获得更好的响应。如此一再重复，直到测量的响应足够接近研究人员试图再现的地震波形。真实的全幅度地震测试中使用的正是这个最终波形。
关于如何运行迭代，有很多方案；每个研究人员似乎都有自己的想法，应该运行多少次迭代，应该提高到什么级别。这是一门艺术，绝对是学校学不到的实验室技巧。
然而，迭代方法存在根本缺陷。首先，土木结构样件往往线性程度很低，非常脆弱。因为它们脆弱，所以在迭代时必须以低振幅激励。但是，在运行真实的全幅度测试时，样件开始屈服，在迭代过程中从弹性区域过渡到非线性塑性区域。
因此，随着样件变为塑性并屈服，其所有动力学性质都会永久改变。通过迭代计算的运动适用于样件为弹性的情况，但在样件为塑性的时候并不完全适用。
问：能否介绍一下样件动力学补偿 (SDC)？
Thoen: SDC 是一个反馈补偿工具，可以有效地从振动台的运动动力学中实时消除非线性时变测试样件的共振效应，为传统迭代技术提供了一种更安全、更高保真和更高效的替代方案。
SDC 可使用现有的振动台传感器实时确定样件在全幅度测试期间对振动台的回推力。然后，它可以确定需要多少额外的伺服阀流量，以便作动器精确地产生抵消动态样件的对抗力需要的额外力。
SDC 使用的反馈信号是独立于样件得出，这一点具有巨大的优势。由于不是对样件进行建模，因此可以是时变和非线性的。对于 SDC，对振动台的回退力由什么物理过程产生并没有区别；只需要感应并消除即可。
问：将传统的迭代技术与 SDC 对比。
Thoen: 首先，SDC 可以持续实现比迭代技术更高的测试保真度。我通过实验证明了这一点，使用两个普通土木样件：钢筋混凝土横梁和铅橡胶轴承。二者的线性都很低，在土木结构中十分常见。首先，我对它们运行了一套典型的迭代方案，使用美国内华达大学里诺分校 Patrick Laplace 开发的方法。然后直接应用 SDC；没有准备工作，直接 100% 运行，这也是我们预期中客户的做法。我测量了两次地震中两个样件的误差，然后按误差从小到大对其进行排序。我发现，在所有情况下，SDC 导致的误差最小。在某些情况下，迭代记录的误差相当小（其他情况下则非常大），但仍然比 SDC 大。
在时间和成本效率方面，SDC 无疑优于迭代。SDC 过程非常简单：只需安装样件并按下一个按钮即可。相比之下，确定系统的频率响应和运行多次迭代需要相当多的时间和资源，而这一过程的主观性质为出错提供了充分的机会。在节省时间方面确实无可比拟。
SDC 的另一个关键优势是简单、简化的调整。使用 SDC 调整振动台时，基本上可以将其作为空台面设置，无论安装什么样件，都会得到相同的运动响应。由于无需样件，就可以把所有时间都花在实现理想的频率响应上（针对所有频率调谐），一劳永逸。随便把任何样件放在振动台上，SDC 都会将其恢复到原始状态。
问：能否谈谈 SDC 技术的起源；由谁开发，在什么时间，以什么方式？
Thoen: 基本理念的创始人和专利持有人是 Al Clark，他在 MTS 工作了几十年，几年前刚退休。1990 年，当时一项创新的振动台设计试用了这项技术，该设计计划采用新的电子设备、新的液压设备和新的控制算法。遗憾的是，由于整个项目过于复杂（并且我们当时使用的是数字监督模拟控制），导致新技术无法使用，当时没有任何应用。有一段时间几乎没有进展。然后大约八年前，与 Al 聊过之后，我决定再试一次。我看了他的工作，结论是基本理念非常可靠，然后我就开始着手进行一些重要改进。除了这些改进，使用的处理器速度也大大提升，最终我们得以验证这一理念，让这项技术重新焕发活力。
问：请讲讲验证 SDC 有效性的过程。
Thoen: 为了证明 SDC 的实用性和有效性，我们对实际设备进行了三次现场测试。第一次现场测试是 2011 年在内华达大学里诺分校的双轴振动台上进行。我们在这个系统上以单轴和双轴方式运行 SDC，取得了合理的成功。第二次现场测试是 2013 年，也是在里诺，使用他们的 6DOF 振动台进行。这个测试旨在探索在具有旋转自由度的系统上使用 SDC 时会如何；这个试验也取得了成功。第三次现场测试于 2016 年 1 月在美国纽约州立大学布法罗分校进行。这一次，我们只是想在另一个振动台上尝试完全使用 SDC，从而完成探索——尝试的系统越多，了解的东西就越多。最终，我们没有发现任何不同，SDC 的表现一如既往。布法罗这次尝试的一个好处是开发了一个简化的 SDC 用户界面，因此现在我们拥有一个专家用户界面和一个适合普通客户的简化用户界面。
问：研究人员何时能用到 SDC 功能，通过什么方式？
Thoen: SDC 现已成为 MTS 标准振动台控制软件包 469D 地震台控制软件套包的一项功能。
我还开发了一个将 SDC 集成到现有地震控制器中的方法，作为一个系统升级套包的一部分。这个升级套包还将包括系统电子设备和液压设备的运行状况检查以及重新调整系统的选项。当然，SDC 培训也是升级的一个组成部分；为了获得卓越结果，客户需要为此提供一个测试样件，例如一个大质量悬臂横梁。
Brad Thoen： 振动台背后的思路是为一个结构在真实地震情况下经历的地面运动生成高保真度的再现。通过在振动台上测试结构，研究人员可获得他们所需要的深入见解，从而增强的抗震性。
如今，为了生成具有意义的地震再现，研究人员尽可能在振动台上测试满量程样件。这样做的原因是，缩小一个物理结构时，并非所有部分都是线性缩小，结构各个部件的缩小比例都不相同。因此，需要大量工程判断来推断小尺寸样件所得结果与足尺结构的关系。
例如，1995 年神户地震中，许多通过抗震认证的建筑物倒塌。后续研究表明，这可能是因为当时的标准依据的数据系采用较小尺寸测试模型的测试得出。这就是为何要建立 NIED E-Defense 振动台，因为日本结构工程师希望测试满量程样件，避免进行缩放判断。
问：这样使用大尺寸实物样件会为振动台操作带来哪些独特的挑战？
Thoen： 在振动台上使用大型土木结构样件的确给我们带来了重大的控制挑战。
这些样件非常庞大，减震效果轻微。一旦开始，它们就会持续移动，与振动台响应产生明显的相互作用和影响。这是控制问题的根源：指挥振动台向一个方向移动，而样件在另一个方向上用几乎相等的力在推动。
此外，这些样件往往自然频率很低，并且尺寸很高。如果激励这样一个样件的基座时，它倾向于翻倒（倾覆力矩），从而引入俯仰和滚动。
所以会发生两件事：样件抵抗您希望发生的线性运动，同时引入您不希望发生的俯仰和滚动运动——这种运动会导致测试失效。
问：是否有任何工具或技术可以克服这些巨大的样件挑战？
Thoen: 是的，现在有传统的“迭代” 方法，以及一种新开发的称为 “样件动力学补偿 (SDC)” 的 MTS 方法。
迭代方法已经存在一段时间，得到广泛使用。它采用一种学习算法，允许在低级别运行测试（以避免样件破坏），测量响应以了解不足之处，然后修改驱动信号并再次执行测试，希望第二次能获得更好的响应。如此一再重复，直到测量的响应足够接近研究人员试图再现的地震波形。真实的全幅度地震测试中使用的正是这个最终波形。
关于如何运行迭代，有很多方案；每个研究人员似乎都有自己的想法，应该运行多少次迭代，应该提高到什么级别。这是一门艺术，绝对是学校学不到的实验室技巧。
然而，迭代方法存在根本缺陷。首先，土木结构样件往往线性程度很低，非常脆弱。因为它们脆弱，所以在迭代时必须以低振幅激励。但是，在运行真实的全幅度测试时，样件开始屈服，在迭代过程中从弹性区域过渡到非线性塑性区域。
因此，随着样件变为塑性并屈服，其所有动力学性质都会永久改变。通过迭代计算的运动适用于样件为弹性的情况，但在样件为塑性的时候并不完全适用。
问：能否介绍一下样件动力学补偿 (SDC)？
Thoen: SDC 是一个反馈补偿工具，可以有效地从振动台的运动动力学中实时消除非线性时变测试样件的共振效应，为传统迭代技术提供了一种更安全、更高保真和更高效的替代方案。
SDC 可使用现有的振动台传感器实时确定样件在全幅度测试期间对振动台的回推力。然后，它可以确定需要多少额外的伺服阀流量，以便作动器精确地产生抵消动态样件的对抗力需要的额外力。
SDC 使用的反馈信号是独立于样件得出，这一点具有巨大的优势。由于不是对样件进行建模，因此可以是时变和非线性的。对于 SDC，对振动台的回退力由什么物理过程产生并没有区别；只需要感应并消除即可。
问：将传统的迭代技术与 SDC 对比。
Thoen: 首先，SDC 可以持续实现比迭代技术更高的测试保真度。我通过实验证明了这一点，使用两个普通土木样件：钢筋混凝土横梁和铅橡胶轴承。二者的线性都很低，在土木结构中十分常见。首先，我对它们运行了一套典型的迭代方案，使用美国内华达大学里诺分校 Patrick Laplace 开发的方法。然后直接应用 SDC；没有准备工作，直接 100% 运行，这也是我们预期中客户的做法。我测量了两次地震中两个样件的误差，然后按误差从小到大对其进行排序。我发现，在所有情况下，SDC 导致的误差最小。在某些情况下，迭代记录的误差相当小（其他情况下则非常大），但仍然比 SDC 大。
在时间和成本效率方面，SDC 无疑优于迭代。SDC 过程非常简单：只需安装样件并按下一个按钮即可。相比之下，确定系统的频率响应和运行多次迭代需要相当多的时间和资源，而这一过程的主观性质为出错提供了充分的机会。在节省时间方面确实无可比拟。
SDC 的另一个关键优势是简单、简化的调整。使用 SDC 调整振动台时，基本上可以将其作为空台面设置，无论安装什么样件，都会得到相同的运动响应。由于无需样件，就可以把所有时间都花在实现理想的频率响应上（针对所有频率调谐），一劳永逸。随便把任何样件放在振动台上，SDC 都会将其恢复到原始状态。
问：能否谈谈 SDC 技术的起源；由谁开发，在什么时间，以什么方式？
Thoen: 基本理念的创始人和专利持有人是 Al Clark，他在 MTS 工作了几十年，几年前刚退休。1990 年，当时一项创新的振动台设计试用了这项技术，该设计计划采用新的电子设备、新的液压设备和新的控制算法。遗憾的是，由于整个项目过于复杂（并且我们当时使用的是数字监督模拟控制），导致新技术无法使用，当时没有任何应用。有一段时间几乎没有进展。然后大约八年前，与 Al 聊过之后，我决定再试一次。我看了他的工作，结论是基本理念非常可靠，然后我就开始着手进行一些重要改进。除了这些改进，使用的处理器速度也大大提升，最终我们得以验证这一理念，让这项技术重新焕发活力。
问：请讲讲验证 SDC 有效性的过程。
Thoen: 为了证明 SDC 的实用性和有效性，我们对实际设备进行了三次现场测试。第一次现场测试是 2011 年在内华达大学里诺分校的双轴振动台上进行。我们在这个系统上以单轴和双轴方式运行 SDC，取得了合理的成功。第二次现场测试是 2013 年，也是在里诺，使用他们的 6DOF 振动台进行。这个测试旨在探索在具有旋转自由度的系统上使用 SDC 时会如何；这个试验也取得了成功。第三次现场测试于 2016 年 1 月在美国纽约州立大学布法罗分校进行。这一次，我们只是想在另一个振动台上尝试完全使用 SDC，从而完成探索——尝试的系统越多，了解的东西就越多。最终，我们没有发现任何不同，SDC 的表现一如既往。布法罗这次尝试的一个好处是开发了一个简化的 SDC 用户界面，因此现在我们拥有一个专家用户界面和一个适合普通客户的简化用户界面。
问：研究人员何时能用到 SDC 功能，通过什么方式？
Thoen: SDC 现已成为 MTS 标准振动台控制软件包 469D 地震台控制软件套包的一项功能。
我还开发了一个将 SDC 集成到现有地震控制器中的方法，作为一个系统升级套包的一部分。这个升级套包还将包括系统电子设备和液压设备的运行状况检查以及重新调整系统的选项。当然，SDC 培训也是升级的一个组成部分；为了获得卓越结果，客户需要为此提供一个测试样件，例如一个大质量悬臂横梁。
