CN101101247A - 数字式自适应电液疲劳试验机及实现方法 - Google Patents
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Abstract
一种数字式自适应电液疲劳试验机及实现方法，由液压系统和控制系统组成；其中液压系统包括泵站、伺服阀、液压缸和液压管路；控制系统包括数字控制器、力和位移传感器、功率放大器和A/D、D/A转换器；控制系统分别设置力控系统和位置控制系统，两者可以无缝切换；控制系统中的数字控制器采用工控机，在数字控制器中采用了自适应调节方法；力控系统采用了增益自整定方法；控制系统中传感器的信号调理采用数字信号处理技术。本数字式电液疲劳试验机稳定性好，精度高，适应性强，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种疲劳试验机，特别是涉及一种数字式电液疲劳试验机及实现方法，适于研究与检测材料、零部件、各类产品的力学性能与可靠性。
背景技术
疲劳试验机是一种用于研究与检测材料、零部件、各类产品的力学性能与可靠性的测试仪器。它可广泛用于科学研究、能源交通、机械电子等各领域，是科研、生产部门必备的基本设备。电液伺服系统作为疲劳试验机的执行机构，因输出功率大、频率范围适当、动态响应快等特点，一直被广泛的应用与研究。电液疲劳试验机主要应用于航空航天、国防军工、机械制造、车辆船舶、冶金矿山、建筑建材、石油化工、塑料橡胶、电线电缆等多个领域。是科研院所、大专院校、商检质检、工矿企业等部门进行检测、科研、仲裁工作不可缺少的检测设备。上世纪90年代以来，国内外疲劳试验机行业已经基本完成模拟控制向数字控制的转化，但是，目前国内外的数字式疲劳试验机存在如下缺点：往往是针对特定工况设计，在对不同的工况进行动态疲劳试验时往往因为没有自适应能力而使液压控制系统失去稳定性；无法既能保证加载过程的快速性又能保证较高的载荷精度；只能进行载荷控制或位移控制，即使是既能载荷控制又能位移控制，也不能实现两者之间的无缝切换；对待较差的传感器信号，不能有效地对其进行信号处理，从而使得加载过程不够平滑。
发明内容
本发明就是要解决上述已有技术存在的问题，提供一种数字式自适应电液疲劳试验机及实现方法，其自适应能力强，稳定性好，精度高，在位移控制和载荷控制之间能实现无缝切换，故障率低，位置回路的稳定性和精度理想，速度均匀。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种数字式自适应电液疲劳试验机，包括液压系统和控制系统，其中液压系统包括泵站、伺服阀、液压缸和液压管路，控制系统包括数字控制器、力或位移传感器、功率放大器和A/D、D/A转换器。传感器信号通过放大电路和A/D转换器输入数字控制器，数字控制器对输入指令与处理后的传感器输入信号作差后加入一些简单的控制，得到输出指令，D/A转换器将上述输出指令转化为模拟量，再经过模拟电路对该模拟量进行功率放大，然后驱动伺服阀阀芯，进而使液压缸做出如输入指令要求的动作。本发明的特征是：上述控制系统分别设置力控系统和位置控制系统，力控系统和位置控制系统之间实现无缝切换。
一种数字式自适应电液疲劳试验机实现方法，包括以下步骤；
无缝切换过程为：在加载试验开始前通过位置控制系统使加载点停在一个合适的位置，加载试验过程中切换到力控系统，当加载过程中出现试件断裂等异常情况时，又迅速自动切换到位置控制系统，在加载试验结束后又通过位置控制系统使加载点回到一个合适的位置；上述控制算法采用自适应调节方法，用以解决不同弹性负载试件下，力控系统的稳定性问题和动态载荷精度问题，该自适应调节方法为：当增益偏大，实际输出最大值大于设定最大值，且实际输出最小值小于设定最小值时，减小增益值；当增益偏小，实际输出最大值小于设定最大值，且实际输出最小值大于设定最小值时，增大增益值；采用增益自整定的方法来调节力控系统，在保证稳态载荷精度的同时加快加载过程；采用数字信号处理技术来调理传感器信号，保证位移回路的稳定性和精度。
本发明的主要优点是：1.由于采用了自适应控制理论，使得针对不同刚度的试件，静态力值精度优于±1％，动态力值精度优于±2％；2.采用增益自整定的方法来调理力控系统，在保证稳态载荷精度的同时加快了加载过程；3.位移与载荷控制无冲击切换，减少了控制系统的故障率；4.采用数字信号处理技术来调理传感器信号，使检测系统精度优于±0.05％，保证位移回路的稳定性，也保证了速度的均匀性。
附图说明
图1是数字式电液疲劳试验机电液伺服控制系统结构框图。
图2是功率放大器电路原理图。
图3是系统自适应调节方法结构图。
具体实施方式
本发明的数字式电液疲劳试验机，包括计算机部分1、功放部分和试验机部分2，其中计算机部分1包括数字控制器、A/D转换器、D/A转换器、液晶屏&触摸屏；试验机部分2包括力传感器、位移传感器、能源系统、伺服阀、液压缸和液压管路。它们的结构关系如图1所示。
所述的计算机采用研华工控机，主频：PII266，内存：128M，硬盘：20G；数字控制器采用自适应控制器结合PID控制器；A/D转换器和D/A转换器采用16位A/D、D/A数据采集板卡PCL816。经过调理的力传感器信号和位移传感器信号分别接到PCL816的A/D端口，数字控制器的输出接到PCL816的D/A端口，再经过功放部分进入试验机部分，从而分别形成力控系统和位置控制系统，它们之间的相互切换由数字控制器来完成。
所述的功放部分如图2所示。其中U11、U12为电压放大器，U13为功率放大器。U13中所接的二极管起到保护功率放大器的作用。
所述的伺服阀采用航天部生产的型号为SFD213A、标准额定流量为60L/min的动压反馈伺服阀，它的幅频宽≥50Hz，额定电流为10mA，线圈电阻为1100±110Ω。
力控系统和位置控制系统的无缝切换过程是：在加载试验开始前通过位置控制系统使加载点停在一个合适的位置，然后切换到力控系统。当加载过程中出现试件断裂等异常情况时，又能迅速自动切换到位置控制系统，从而防止意外事故的发生。在加载试验结束后又通过位置控制系统使加载点回到一个合适的位置。通过在控制界面上点击回路选择开关3，可以在任意时刻对力控系统和位置控制系统进行无缝切换。
上述数字控制器采用的自适应调节方法的原理图如图3所示，由理想模型4、反馈控制回路5和自适应调节算法6组成。若控制器为一常数K，对于给定信号为正弦信号的情形，其调节过程是：当增益K偏大时，实际输出正弦信号的峰峰值偏大，即实际输出最大值大于设定最大值，且实际输出最小值小于设定最小值，此时应减小K值；当增益偏小时，实际输出正弦信号的峰峰值偏小，即实际输出最大值小于设定最大值，且实际输出最小值大于设定最小值，此时应增大K值。
在力控系统中采用了增益自整定方法，其工作过程是：当当前值与给定值的差值大于某个设定值时，采用一个较大的增益，加快调节过程；随着差值变小，增益也逐渐变小，从而保证加载精度。这个过程也是在数字控制器里进行的。
对传感器信号进行的数字信号处理过程为：对传感器信号进行低通数字滤波，然后经过放大器将信号调整到A/D转换器所允许的电压值范围。常用的低通数字滤波器是巴特沃思滤波器，选择通带截频ωP＝1Hz，阻带截频ωT＝3Hz，通带最大衰耗APmax＝1dB，阻带最小衰耗ATmin＝42dB，滤波器阶数为6阶时，能够取得较好的滤波效果。
Claims (5)
1.一种数字式自适应电液疲劳试验机，包括液压系统和控制系统，其特征是：液压系统包括泵站、伺服阀、液压缸和液压管路，控制系统包括数字控制器、力或位移传感器、功率放大器和A/D、D/A转换器，传感器信号通过放大电路和A/D转换器输入数字控制器，数字控制器对输入指令与处理后的传感器输入信号作差后加入一些简单的控制，得到输出指令，D/A转换器将上述输出指令转化为模拟量，再经过模拟电路对该模拟量进行功率放大，然后驱动伺服阀阀芯，进而使液压缸做出如输入指令要求的动作，控制系统分别设置力控系统和位置控制系统：包括计算机；数字控制器采用自适应控制器结合PID控制器；A/D转换器和D/A转换器采用16位A/D、D/A数据采集板卡PCL816，经过调理的力传感器信号和位移传感器信号分别接到PCL816的A/D端口，数字控制器的输出接到PCL816的D/A端口，再经过功放部分进入试验机部分，力控系统和位置控制系统之间的相互切换由数字控制器来完成。
2.一种数字式自适应电液疲劳试验机实现方法，包括以下步骤；在加载试验开始前通过位置控制系统使加载点停在一个合适的位置，加载试验过程中切换到力控系统，当加载过程中出现试件断裂等异常情况时，又迅速自动切换到位置控制系统，在加载试验结束后又通过位置控制系统使加载点回到一个合适的位置；采用数字信号处理技术来调理传感器信号，保证位移回路的稳定性和精度，控制过程是：传感器信号通过放大电路和A/D转换器输入数字控制器，数字控制器对输入指令与处理后的传感器输入信号作差后施以控制算法，得到输出指令，D/A转换器将上述输出指令转化为模拟量，再经过模拟电路对该模拟量进行功率放大，然后驱动伺服阀阀芯，进而使液压缸做出如输入指令要求的动作。
3.如权利要求2所述一种数字式自适应电液疲劳试验机实现方法，其特征是：采用增益自整定的方法来调节力控系统，其工作过程为：当当前值与给定值的差值大于某个设定值时，采用一个较大的增益，加快调节过程；随着差值变小，增益也逐渐变小，从而保证加载精度。
4.如权利要求2所述一种数字式自适应电液疲劳试验机实现方法，其特征是：上述控制算法采用自适应调节方法，包括以下步骤，当增益偏大，实际输出最大值大于设定最大值，且实际输出最小值小于设定最小值时，减小增益值；当增益偏小，实际输出最大值小于设定最大值，且实际输出最小值大于设定最小值时，增大增益值。
5.如权利要求2所述一种数字式自适应电液疲劳试验机实现方法，其特征是：采用数字信号处理技术来调理传感器信号，使检测系统精度优于±0.05％；其处理过程为：对力或位移传感器信号进行巴特沃思低通数字滤波，然后经过放大器将信号调整到A/D转换器所允许的电压值范围。
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|---|---|
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Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101957295A (zh) * | 2010-10-11 | 2011-01-26 | 中南大学 | 一种激振力自适应的泵车臂架疲劳试验激振方法及装置 |
| CN102098010A (zh) * | 2010-12-28 | 2011-06-15 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 多功能液压伺服功放装置 |
| CN102174967A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-07 | 江苏科技大学 | 电液角位移伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法 |
| CN102253655A (zh) * | 2010-05-21 | 2011-11-23 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 机台运动控制系统 |
| CN102563181A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-11 | 江苏科技大学 | 电液线位移伺服系统中伺服控制器控制参数的确定方法 |
| CN103676851A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 西安交通大学 | 一种电液伺服疲劳试验机双电控装置 |
| CN105045178A (zh) * | 2015-07-12 | 2015-11-11 | 北京理工大学 | 一种基于dsp的液压缸驱动电路装置 |
| CN105716887A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-29 | 天津航天瑞莱科技有限公司 | 一种液压静力加载试验控制方法 |
| CN108414346A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-17 | 东北大学 | 一种试验参数自适应的智能真三轴试验系统及试验方法 |
| CN109212967A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-15 | 浙江大学 | 一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法 |
| CN110985457A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-10 | 南京工程学院 | 基于LabVIEW的液压控制系统及其控制方法 |
-
2007
- 2007-08-10 CN CNA200710143573XA patent/CN101101247A/zh active Pending
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102253655A (zh) * | 2010-05-21 | 2011-11-23 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 机台运动控制系统 |
| CN101957295A (zh) * | 2010-10-11 | 2011-01-26 | 中南大学 | 一种激振力自适应的泵车臂架疲劳试验激振方法及装置 |
| CN101957295B (zh) * | 2010-10-11 | 2012-07-11 | 中南大学 | 一种激振力自适应的泵车臂架疲劳试验激振方法及装置 |
| CN102098010A (zh) * | 2010-12-28 | 2011-06-15 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 多功能液压伺服功放装置 |
| CN102098010B (zh) * | 2010-12-28 | 2013-03-20 | 山西太钢不锈钢股份有限公司 | 多功能液压伺服功放装置 |
| CN102174967A (zh) * | 2011-03-01 | 2011-09-07 | 江苏科技大学 | 电液角位移伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法 |
| CN102174967B (zh) * | 2011-03-01 | 2012-10-24 | 江苏科技大学 | 电液角位移伺服系统中执行机构参数识别装置及识别方法 |
| CN102563181A (zh) * | 2012-01-10 | 2012-07-11 | 江苏科技大学 | 电液线位移伺服系统中伺服控制器控制参数的确定方法 |
| CN103676851A (zh) * | 2013-11-26 | 2014-03-26 | 西安交通大学 | 一种电液伺服疲劳试验机双电控装置 |
| CN103676851B (zh) * | 2013-11-26 | 2016-02-24 | 西安交通大学 | 一种电液伺服疲劳试验机双电控装置 |
| CN105716887A (zh) * | 2014-12-05 | 2016-06-29 | 天津航天瑞莱科技有限公司 | 一种液压静力加载试验控制方法 |
| CN105045178A (zh) * | 2015-07-12 | 2015-11-11 | 北京理工大学 | 一种基于dsp的液压缸驱动电路装置 |
| CN108414346A (zh) * | 2018-03-28 | 2018-08-17 | 东北大学 | 一种试验参数自适应的智能真三轴试验系统及试验方法 |
| CN109212967A (zh) * | 2018-08-22 | 2019-01-15 | 浙江大学 | 一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法 |
| CN110985457A (zh) * | 2019-12-11 | 2020-04-10 | 南京工程学院 | 基于LabVIEW的液压控制系统及其控制方法 |
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