CN111017260B - 一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统，属于结构强度试验及验证技术领域，该系统包括液压伺服控制模块、气体电磁控制模块、数据采集与控制模块和计算机控制平台，由计算机控制平台接收数据采集与控制模块中采集的外部载荷与内部载荷的实时压力值，给数据采集与控制模块发出控制信号，由数据采集与控制模块控制液压伺服控制模块与气体电磁控制模块完成给定载荷的协调加载。本发明能够解决长期困扰各类飞行器等产品结构件的外部载荷和内部载荷不能协调加载的问题，能够在地面模拟各类飞行器等产品结构件的真实受载情况，试验数据更加科学、准确。

Description

一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统
技术领域
本发明涉及结构强度试验及验证技术领域，尤其涉及一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统。
背景技术
目前国内外各类飞行器等产品结构件在地面进行全尺寸静力及疲劳寿命力学试验时，所用的力学试验加载设备，是由液压伺服加载控制系统构成，通过液压执行器对试验件进行加载，该技术广泛应用于各类飞行器的结构强度试验，该设备加载速率快，但该技术无法完成试验件的内部载荷的加载。
这时采用气体加载系统实现对试验件的内部载荷进行加载，当飞行器等结构件在地面进行全尺寸静力及疲劳试验时，一般都是采用液压伺服加载，通过液压执行器对试验件进行加载，当液压伺服系统到达给定载荷时等待气体载荷加载系统启动，实施全尺寸试验件全飞行器的加载。但也存在一些问题，比如液压伺服加载系统加载速率快，气体加载系统加载速率慢，液压伺服加载系统和气体载荷加载系统在全尺寸载荷试验时，两系统都是各自独立的加载系统，无法完成两系统的载荷协调加载，不能保证协调加载精度。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明提供一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统，其结构如图1所示，包括：液压伺服控制模块、气体电磁控制模块、数据采集与控制模块和计算机控制平台；
所述气体电磁控制模块包括多个单通道内部加载结构，所述单通道内部加载结构包括电磁阀和内部载荷，由电磁阀控制内部载荷加载的启停；
所述液压伺服控制模块包括多个单通道外部加载结构，所述单通道外部加载结构包括伺服阀和外部载荷，由伺服阀控制外部载荷加载的启停；
所述数据采集与控制模块包括多个拉压传感器、多个气压传感器、放大器、数据采集器、A/D转换器、数据采集控制系统；所述多个拉压传感器分别安装在液压伺服控制模块每个通道的外部载荷中，用于采集外部载荷的压力值；所述多个气压传感器分别安装在气体电磁控制模块每个通道的内部载荷中，用于采集内部载荷的压力值；所述外部载荷的压力值与内部载荷的压力值都通过放大器放大后传输给数据采集器，然后由A/D转换器将采集的模拟信号转为数字信号，传输给数据采集控制系统；
所述计算机控制平台用于接收数据采集与控制模块中采集的外部载荷与内部载荷的实时压力值，给数据采集与控制模块发出控制信号，由数据采集与控制模块控制液压伺服控制模块与气体电磁控制模块完成给定载荷的协调加载，其流程如图2所示，包括如下步骤：
步骤1：分别设置外部载荷与内部载荷加载的目标值；
步骤2：由于气体电磁控制模块的加载速率慢于液压伺服控制模块的加载速率，所以计算机控制平台发出控制信号给数据采集与控制模块，按内部载荷加载的目标值的n％，先给内部载荷加载；
步骤3：当内部载荷的每个通道都达到目标值的n％时，计算机控制平台给数据采集与控制模块发出控制信号，液压伺服控制模块开启，给外部载荷加载；
所述内部载荷加载与外部载荷加载的过程都为同步协调分级加载，其流程如图3所示，包括如下步骤：
S1：将加载的载荷目标值按比例分成若干阶段载荷，即分成了若干级，确定每级的载荷定额及协调误差值；
S2：在加载第i级时，压力传感器实时采集所有通道的载荷值，将所有通道的载荷值两两进行比较，计算出每两个通道间载荷值相差的百分比；
S3：判断每两个通道间载荷值相差的百分比是否在S1设置的第i级的协调误差范围之内，如果在范围内则各通道的伺服阀或电磁阀均处于开启状态，各个通道正常加载；如果不在范围内则由计算机控制系统各个通道的伺服阀或电磁阀自动开关，并等待所有通道的载荷值相差的百分比都在设置的第i级的协调误差范围之内；
S4：判断每个通道的实时载荷值是否达到第i级的载荷定额，如果未达到载荷定额，伺服阀或电磁阀处于开启状态，持续加载；如果达到载荷定额，伺服阀或电磁阀关闭，由计算机控制平台控制进行下一个分级载荷的加载，此时i＝i+1；
S5：重复执行S3和S4，直到加载完所有分级，每个通道的载荷都达到载荷目标值。
步骤4：直到外部载荷与内部载荷的实时压力值达到加载的目标值，停止加载。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明能够解决长期困扰各类飞行器等产品结构件的外部载荷和内部载荷不能协调加载的问题，能够在地面模拟各类飞行器等产品结构件的真实受载情况，试验数据更加科学、准确。
附图说明
图1为本发明一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统结构框图；
图2为本发明液压伺服控制模块与气体电磁控制模块协调加载的流程图；
图3为本发明同步协调分级加载的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本实施例以某型飞行器的全机静力试验为例，液压伺服加载系统控制的加载点共86个，气体载荷共13个加载点，在地面试验时，完成(86+13)个加载点的协调加载。采用一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统进行加载，该系统包括：液压伺服控制模块、气体电磁控制模块、数据采集与控制模块和计算机控制平台；
所述气体电磁控制模块包括13个单通道内部加载结构，所述单通道内部加载结构包括电磁阀和内部载荷，由电磁阀控制内部载荷加载的启停；本实施例有13个内部载荷记为P内1、P内2、P内3、…、P内13；
所述液压伺服控制模块包括86个单通道外部加载结构，所述单通道外部加载结构包括伺服阀和外部载荷，由伺服阀控制外部载荷加载的启停；本实施例有86个外部载荷记为P外1、P外2、P外3、…、P外86；
所述数据采集与控制模块包括86个拉压传感器、13个气压传感器、放大器、数据采集器、A/D转换器、数据采集控制系统；所述86个拉压传感器分别安装在液压伺服控制模块每个通道的外部载荷中，用于采集外部载荷的压力值；所述13个气压传感器分别安装在气体电磁控制模块每个通道的内部载荷中，用于采集内部载荷的压力值；所述外部载荷的压力值与内部载荷的压力值都通过放大器放大后传输给数据采集器，然后由A/D转换器将采集的模拟信号转为数字信号，传输给数据采集控制系统；
所述计算机控制平台用于接收数据采集与控制模块中采集的外部载荷与内部载荷的实时压力值，给数据采集与控制模块发出控制信号，由数据采集与控制模块控制液压伺服控制模块与气体电磁控制模块完成给定载荷的协调加载，其流程如图2所示，包括如下步骤：
步骤1：分别设置外部载荷与内部载荷加载的目标值；
S1：将加载的载荷目标值按比例分成若干阶段载荷，本实施例中，86点外部载荷分为14级，每一级的目标值分别是0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、67％、70％、80％、90％、100％、105％、P极限％；13点内部载荷也分为14级，每一级的目标值分别是0％、10％、20％、30％、40％、50％、60％、67％、70％、80％、90％、100％、100％、100％；协调误差值均为2％。
步骤2：由于气体电磁控制模块的加载速率慢于液压伺服控制模块的加载速率，所以计算机控制平台发出控制信号给数据采集与控制模块，按内部载荷加载的目标值的80％，先给内部载荷加载；
本实施例以第3级目标值为例，计算机控制平台发出控制信号给数据采集与控制模块，先控制气体电磁控制模块完成加载目标值的80％，即20％*80％＝16％；
S2：压力传感器实时采集13个内部通道的载荷值，将所有通道的载荷值两两进行比较，计算出每两个通道间载荷值相差的百分比；
S3：判断每两个通道间载荷值相差的百分比是否在协调误差2％范围之内，如果在范围内则各通道的电磁阀均处于开启状态，各个通道正常加载；如果不在2％范围内则由计算机控制系统各个通道的电磁阀自动开关，并等待所有通道的载荷值相差的百分比都在协调误差2％范围之内；
S4：判断每个通道的实时载荷值是否达到第3级加载目标值的80％即16％，如果未达到16％，伺服阀或电磁阀处于开启状态，持续加载；如果达到16％，执行步骤3，同时执行S3直到每个通道的实时载荷达到第3级的载荷目标值20％；
步骤3：计算机控制平台给数据采集与控制模块发出控制信号，液压伺服控制模块开启，给外部载荷加载；
S2’：压力传感器实时采集86个外部通道的载荷值，将所有通道的载荷值两两进行比较，计算出每两个通道间载荷值相差的百分比；
S3’：判断每两个通道间载荷值相差的百分比是否在协调误差2％范围之内，如果在范围内则各通道的伺服阀均处于开启状态，各个通道正常加载；如果不在2％范围内则由计算机控制系统各个通道的伺服阀自动开关，并等待所有通道的载荷值相差的百分比都在协调误差2％范围之内；
S4’：判断每个通道的实时载荷值是否达到第3级加载目标值20％，如果未达到20％，伺服阀处于开启状态，持续加载；如果达到20％，伺服阀关闭。
加载其他级的过程同本实施例加载第3级的过程一致，参考步骤2(S2至S4)及步骤3(S2’至S4’)。
步骤4：直到外部载荷与内部载荷的实时压力值达到加载的目标值，停止加载。

Claims (3)

1.一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统，其特征在于：包括液压伺服控制模块、气体电磁控制模块、数据采集与控制模块和计算机控制平台；
所述气体电磁控制模块包括多个单通道内部加载结构，所述单通道内部加载结构包括电磁阀和内部载荷，由电磁阀控制内部载荷加载的启停；
所述液压伺服控制模块包括多个单通道外部加载结构，所述单通道外部加载结构包括伺服阀和外部载荷，由伺服阀控制外部载荷加载的启停；
所述数据采集与控制模块包括多个拉压传感器、多个气压传感器、放大器、数据采集器、A/D转换器、数据采集控制系统；所述多个拉压传感器分别安装在液压伺服控制模块每个通道的外部载荷中，用于采集外部载荷的压力值；所述多个气压传感器分别安装在气体电磁控制模块每个通道的内部载荷中，用于采集内部载荷的压力值；所述外部载荷的压力值与内部载荷的压力值都通过放大器放大后传输给数据采集器，然后由A/D转换器将采集的模拟信号转为数字信号，传输给数据采集控制系统；
所述计算机控制平台用于接收数据采集与控制模块中采集的外部载荷与内部载荷的实时压力值，给数据采集与控制模块发出控制信号，由数据采集与控制模块控制液压伺服控制模块与气体电磁控制模块完成给定载荷的协调加载；
所述数据采集与控制模块控制液压伺服控制模块与气体电磁控制模块完成给定载荷的协调加载的过程如下：
步骤1：分别设置外部载荷与内部载荷加载的目标值；
步骤2：由于气体电磁控制模块的加载速率慢于液压伺服控制模块的加载速率，所以计算机控制平台发出控制信号给数据采集与控制模块，按内部载荷加载的目标值的n％，先给内部载荷加载；
步骤3：当内部载荷的每个通道都达到目标值的n％时，计算机控制平台给数据采集与控制模块发出控制信号，液压伺服控制模块开启，给外部载荷加载；
步骤4：直到外部载荷与内部载荷的实时压力值达到加载的目标值，停止加载。
2.根据权利要求1所述的一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统，其特征在于：所述内部载荷加载与外部载荷加载的过程都为同步协调分级加载。
3.根据权利要求2所述的一种液压及气体载荷加载设备同步协调加载控制系统，其特征在于：所述同步协调分级加载的过程如下：
S1：将加载的载荷目标值按比例分成若干阶段载荷，即分成了若干级，确定每级的载荷定额及协调误差值；
S2：在加载第i级时，压力传感器实时采集所有通道的载荷值，将所有通道的载荷值两两进行比较，计算出每两个通道间载荷值相差的百分比；
S3：判断每两个通道间载荷值相差的百分比是否在S1设置的第i级的协调误差范围之内，如果在范围内则各通道的伺服阀或电磁阀均处于开启状态，各个通道正常加载；如果不在范围内则由计算机控制系统各个通道的伺服阀或电磁阀自动开关，并等待所有通道的载荷值相差的百分比都在设置的第i级的协调误差范围之内；
S4：判断每个通道的实时载荷值是否达到第i级的载荷定额，如果未达到载荷定额，伺服阀或电磁阀处于开启状态，持续加载；如果达到载荷定额，伺服阀或电磁阀关闭，由计算机控制平台控制进行下一个分级载荷的加载，此时i＝i+1；
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