文献综述（或调研报告）：
高铁是中国重要的交通运输设施，承载着国家的经济和民生发展。随着中国高铁迎来“八横八纵”时代，高铁不可避免地建设在沿海软土地基和西部山区边坡路基之上。服役环境和列车荷载耦合作用极易诱发高铁路基长期沉降、失稳等灾变[1]，这使得高铁路基长期性能研究成为高速铁路设计与施工面临的重大问题。高铁路基超重力离心模拟装置是高铁路基长期性能测试的装置，与常见的全尺模型试验系统相比，这类尺缩模型实验系统利用超重力离心机的“缩尺效应”和“缩时效应”，有效模拟了实际大尺度和长时间的服役环境和列车荷载耦合作用[2]。超重离心机产生的超重力场是缩尺模型试验的基础条件；而超重力条件下真实模拟降雨和温度等服役环境变化，模拟现实状况下的路基动力载荷，并有效的监测路基长期服役性能灾变过程的机载装置则是高铁路基超重力离心模拟装置的关键设备。其中配备的高铁路基动力加载装置主要由模型箱与高刚度承载框架、高频动态加载控制器、压电伺服激振器模块、伺服沉降补偿模块、超重力数据采集模块和常规环境系统控制模块组成。整个系统通过使用压电伺服激振器阵列来实现列车高速移动时对下部路基的多点动力加载[3]。
对于高铁路基动力系统进行控制的设备叫高频动态加载控制器，是一种振动控制器。它的工作原理如图1所示，控制器接收上位机软件发出的命令，对激振器阵列发出驱动信号，从而对多组加载单元施加荷载，并根据传感器采集回来的实际荷载和位移响应反馈信号，通过内部算法运算，得到输出信号来驱动激振器阵列运动，如此构成闭环反馈控制系统，实现动力加载，这种控制方式也称为主动控制。[4][16]主动控制的振动加载控制器通用性强，且具有稳定的抗干扰能力。
图1高铁路基动力系统
振动控制器的发展已经有很多年历史，早在上世纪五六十年代，以美国和日本为首的发达国家就已经开始振动控制器的研制，发展至今已具有强大的性能。K2系列振动控制器是日本IMV公司研发的具有代表性的振动控制器之一。它可以实现24位的4通道通信。控制器支持正弦波的反馈式量级控制方法和高斯随机振动激励信号的功率波谱密度闭环控制方法。美国Data Physics公司的DP470系列振动控制器是专门为少通道应用而设计，每通道107khz采样频率，内置的32位浮点数DSP数字信号处理器可以完多种动态信号的分析。
相比而言，我国振动控制器的研发起步较晚，虽然目前与国外还有很大差距，但也取得了一定的成果。杭州腾振科技的VENZO-800系列控制器可提供从2通道到多通道的振动控制方案。仪器采用DSP框架和控制算法，每个输入通道具有最高 204.8 kHz的并行采样速率。
目前，关于振动控制器的研究和应用已较为广泛，大部分以数字信号处理器（DSP）为控制核心[5][6]。DSP芯片内部通常采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。由于目前主流的振动控制器设计都基于DSP系统，在这一领域已出现了许多高精度、高速控制算法解决方案。Kenta Seki等人[12]基于2-自由度控制器模型[11],加入维持系统稳定性的反馈补偿模块和补偿伺服性能的前向补偿模块，在一定程度上提高了控制系统的带宽。Jianjun Yao等人[14],建立了基于正弦加速度响应的线性状态空间模型，使用卡尔曼滤波器进行模型估计，由于状态转换矩阵和测量矩阵都是常数矩阵，得到的谐波估计算法应用于控制系统后，控制驱动的准确性和实时性得到进一步提高。Y. Tang等人[15],基于6-自由度控制器模型[13]，在传统的三变量控制器的基础上采用随机梯度算法和参数逆补偿技术，并引入基于神经网络的在线自适应控制器, 解决了系统固有的非线性，动态变化和外部不确定性带来的副作用,有效提高了控制器系统的工作带宽。
虽然DSP在数字信号处理上的能力强大，运算性能优秀，且具有高度的软件编程灵活性，但面对动力加载过程中对高频率、多通道协同处理的要求，可编程逻辑器件的性能更好，实时性效果也更佳。[7][8]
ZYNQ芯片就是一种包含了可编程逻辑的器件。基于ZYNQ的振动控制器的控制频率往往可以达到200khz以上，实现多通道之间的高频率、协同控制任务[9]，且多个ZYNQ 振动控制器可以通过网络交换机，以主从方式实现多个控制器多通道之间的协同控制，最多可以扩展至96个通道之间的协同控制[10]，且各通道之间并行处理，通过以太网和主机实现交互，控制频率远大于上述国内外控制器。
