CN106769505B - 一种双位移传感器实现位移控制的方法 - Google Patents

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Abstract

一种双位移传感器实现位移控制的方法，属于工程试验领域。用试件位移传感器反馈的位移量作为目标位移，用活塞位移传感器反馈的位移量作为控制位移，用活塞位移、试件位移的位移差、当前荷载下的活塞变形叠加控制精度作为超差判定的依据，实现安全准确完成位移控制试验。首先测量加载系统的固有特性：加载系统变形β‑加载系统荷载F之间的函数f。以加载系统满量程的百分比作为加载等级，比如10％，记录下每个荷载点及相应的系统变形。对测量结果进行拟合得出β＝f(F)。与现有用活塞位移传感器单一控制相比，本发明能够精确达到设定的试件变形目标值，并能够实现超差判定，试验过程更安全。

Description

一种双位移传感器实现位移控制的方法
技术领域
本发明涉及一种双位移传感器实现位移控制的方法，属于工程试验领域。
背景技术
工程试验中，往往要求测量试件的全曲线。在接近试件极限荷载，加载方法需要由力控切换为位移控制。加载设备的位移反馈来自于设备自身的位移传感器，由于设备自身的变形，设备加载端位移与试件实际变形存在误差，导致试验测试结果不精确。
在测试过程中，系统无法判断试件状态，存在试件已经损坏可是系统依然加载，存在导致系统失控的风险。
发明内容
本发明旨在于提供一种双位移传感器实现位移控制的方法，用试件位移传感器反馈的位移量作为目标位移，用活塞位移传感器反馈的位移量作为控制位移，用活塞位移、试件位移的位移差、当前荷载下的活塞变形叠加控制精度作为超差判定的依据，实现安全准确完成位移控制试验。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种双位移传感器实现位移控制的方法，该方法通过以下步骤实现，首先测量加载系统的固有特性：加载系统变形β-加载系统荷载F之间的函数f。以加载系统满量程的百分比作为加载等级，比如10％，记录下每个荷载点及相应的系统变形。对测量结果进行拟合得出β＝f(F)。
测量试件和加载系统的零点位移差，控制器控制加载系统下移加载活塞，直到力传感器的反馈力值微过零，记录此时活塞位移为Lp0。继续缓慢加载，直到试件位移传感器反馈的位移值为微过零，记录此时位移值为零时，力传感器反馈值为F1、活塞位移读数为Lp1和试件位移为Ls1。
计算试件位移(Ls1－Lp0)与活塞位移Lp1的零点误差δ，δ＝Lp1－Lp0－Ls1,零点误差δ由于试件与加载头缝隙、加载系统零部件间缝隙等造成。
使试件位移Ls1为零，加载系统的位移命令是(Lp1－Ls1)。
那么对于位移控制加载过程中，活塞位移Lp1与试件位移的差值都不会大于试验允许误差ε。
ε＝(δ+△L+f(Fsc))*(1+k)
上式中：
δ——零点误差；
△L——试件位移命令增量；
Fsc——当前荷载；
f(Fsc)——当前荷载下加载系统变形；
k——加载系统的控制精度；
如果当前活塞位移Lpc与试件变形Lsc之差没有超差并且当前试件变形小于目标变形Lobj，即
|Lpc－Lsc|<ε&Lsc<Lobj
那么给活塞的位移命令增加△L。
如果当前活塞位移Lpc与试件变形Lsc之差发生超过设定的阈值，那么试验出现问题，马上结束试验。
如果当前试件变形Lsc已经达到设定的目标值Lobj，那么成功结束试验。
与现有用活塞位移传感器单一控制相比，本发明具有如下有益效果。
1、能够精确达到设定的试件变形目标值。
2、实现超差判定，试验过程更安全。
附图说明
图1为本发明的加载图。
图2为本发明的系统变形β和荷载F函数关系测量图。
图3为本发明的流程图。
图中：1、泵站，2、油管，3、加载油缸，4、加载油缸活塞，5、加载头，6、力传感器，7、位移传感器，8、试件，9、位移传感器，10、控制器，11、位移传感器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例
如图1和图2，控制器10控制泵站1通过油管2缓慢向加载油缸3打油，推动加载油缸活塞4向下运动，带动加载头5和力传感器6同步向下运动，通过力传感器6给极限荷载高于加载设备承载力的高刚度试件8加载。以10％加载设备满量程为步长测量，测量每个加载点的系统变形——位移传感器11的位移反馈β和荷载F，将十个点拟合拟合成函数β＝f(F)。
如图1和图2，控制器10控制泵站1通过油管2缓慢向加载油缸3打油，推动加载油缸活塞4向下运动，带动加载头5和力传感器6同步向下运动。在力传感器6和试件8微接触时，力传感器6反馈的荷载由0开始微增加。记录此时位移传感器9反馈的活塞4位移Lp0。继续缓慢加载，直到位移传感器7反馈的试件8位移由0开始微增加，记录此时的活塞位移读数Lp1和试件变形Ls1。那么试件位移与活塞位移的零点误差为(Lp1－Lp0－Ls1)。控制系统3给计数器变量i赋值整数1，以加载命令Lpi+1＝Lpi+△L－Ls1控制活塞给试件加载。然后测试当前活塞位移Lpc、试件变形Lsc和荷载Fsc。计算当前荷载下试验允许误差ε＝(δ+△L+f(Fsc))*(1+k)，如果
|Lpc－Lsc|>ε
即加载误差超差，那么马上结束试验。
如果加载误差没有超差，那么判断试件变形是否已达到目标值，即如果Lsc<Lobj为假，也就是已达到或者超过目标值，那么马上结束加载试验。Lsc<Lobj为真，那么继续加载试验，控制器10给计数器变量i加1。此时当前活塞实际位移Lpc已经是下一个活塞位移命令Lpi，即赋值Lpi＝Lpc。计算下一个活塞加载命令Lpi+1＝Lpi+△L－Ls1，并重复上述步骤直到达到目标值或者试验超差。

Claims (3)

1.一种双位移传感器实现位移控制的方法，其特征在于：该方法通过以下步骤实现，首先测量加载系统的固有特性：加载系统变形β-加载系统荷载F之间的函数f；以加载系统满量程的百分比作为加载等级，记录下每个荷载点及相应的系统变形；对测量结果进行拟合得出β＝f(F)；
测量试件和加载系统的零点位移差，控制器控制加载系统下移加载活塞，直到力传感器的反馈力值微过零，记录此时活塞位移为Lp0；继续缓慢加载，直到试件位移传感器反馈的位移值为微过零，记录此时位移值为零时，力传感器反馈值为F1、活塞位移读数为Lp1和试件位移为Ls1；
计算试件位移(Ls1－Lp0)与活塞位移Lp1的零点误差δ，δ＝Lp1－Lp0－Ls1；
使试件位移Ls1为零，加载系统的位移命令是(Lp1－Ls1)；
那么对于位移控制加载过程中，活塞位移Lp1与试件位移的差值都不会大于试验允许误差ε；
ε＝(δ+△L+f(Fsc))*(1+k)
上式中：
δ——零点误差；
△L——试件位移命令增量；
Fsc——当前荷载；
f(Fsc)——当前荷载下加载系统变形；
k——加载系统的控制精度；
如果当前活塞位移Lpc与试件变形Lsc之差没有超差并且当前试件变形小于目标变形Lobj，即
|Lpc－Lsc|<ε&Lsc<Lobj
那么给活塞的位移命令增加△L；
如果当前活塞位移Lpc与试件变形Lsc之差发生超过设定的阈值，那么试验出现问题，马上结束试验；
如果当前试件变形Lsc已经达到设定的目标值Lobj，那么成功结束试验。
2.根据权利要求1所述的一种双位移传感器实现位移控制的方法，其特征在于：零点误差δ由于试件与加载头缝隙、加载系统零部件间缝隙造成。
3.根据权利要求1所述的一种双位移传感器实现位移控制的方法，其特征在于：控制器(10)控制泵站(1)通过油管(2)缓慢向加载油缸(3)打油，推动加载油缸活塞(4)向下运动，带动加载头(5)和力传感器(6)同步向下运动，通过力传感器(6)给极限荷载高于加载设备承载力的高刚度试件(8)加载；以10％加载设备满量程为步长测量，测量每个加载点的系统变形——位移传感器(11)的位移反馈β和荷载F，将十个点拟合拟合成函数β＝f(F)；
控制器(10)控制泵站(1)通过油管(2)缓慢向加载油缸(3)打油，推动加载油缸活塞(4)向下运动，带动加载头(5)和力传感器(6)同步向下运动；在力传感器(6)和试件(8)微接触时，力传感器(6)反馈的荷载由0开始微增加；记录此时位移传感器(9)反馈的活塞(4)位移Lp0；继续缓慢加载，直到位移传感器(7)反馈的试件(8)位移由0开始微增加，记录此时的活塞位移读数Lp1和试件变形Ls1；那么试件位移与活塞位移的零点误差为(Lp1－Lp0－Ls1)；控制器(10)给计数器变量i赋值整数1，以加载命令Lpi+1＝Lpi+△L－Ls1控制活塞给试件加载；然后测试当前活塞位移Lpc、试件变形Lsc和荷载Fsc；计算当前荷载下试验允许误差ε＝(δ+△L+f(Fsc))*(1+k)，如果
|Lpc－Lsc|>ε
即加载误差超差，那么马上结束试验；
如果加载误差没有超差，那么判断试件变形是否已达到目标值，即如果Lsc<Lobj为假，也就是已达到或者超过目标值，那么马上结束加载试验；Lsc<Lobj为真，那么继续加载试验，控制器(10)给计数器变量i加1；此时当前活塞实际位移Lpc已经是下一个活塞位移命令Lpi，即赋值Lpi＝Lpc；计算下一个活塞加载命令Lpi+1＝Lpi+△L－Ls1，并重复上述步骤直到达到目标值或者试验超差。
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