CN111665742B - 一种气囊支承自由边界模拟控制系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种气囊支承自由边界模拟控制系统，包括自由边界模拟控制器、位移传感器、压力传感器、气路控制台，所述位移传感器，设置于托举被试产品的气囊支承附近，并以信号的形式向自由边界模拟控制器发送数据；所述气路控制台，内部设置一条供气主路和多条供气支路，在供气支路上集成气路开关控制、气路比例控制阀门，并以信号的形式与自由边界模拟控制器交换数据；所述压力传感器，设置于气囊支承的供气管路上或附加气室上，并以信号的形式向自由边界模拟控制器发送数据；所述阻尼器安装于产品失稳晃动时，摆动速度较大的位置，阻尼器一端与固定支架铰接，另一端与产品转接工装铰接。

Description

一种气囊支承自由边界模拟控制系统及其控制方法
技术领域
本发明属于模态试验领域，具体一种自由边界模拟控制器及其控制方法。
背景技术
目前，气囊支承系统可模拟模态试验中要求的自由-自由边界条件，为被试产品提供柔性支承，释放边界上的六个自由度。目前市场上控制器繁多，但均无法直接用于气囊支承系统自由边界模拟的实时控制，为此，需开发出一种可以获取多种传感器信号作为监测或控制反馈，并结合指令，解算出相应的输出信号，驱动气囊支承系统中的相应部件动作。特别重要的是，控制器的控制策略需要符合气囊支承系统的工作流程，以确保使用此气囊支承系统的模态试验正常进行。
发明内容
(一)解决的技术问题
提供一种气囊支承自由边界模拟控制器及其控制方法，所述自由边界模拟控制器控制器是一种多种信号输入、多控制闭环同时解算、多控制闭环切换、多控制输出的闭环控制器；所述控制方法符合气囊支承被试产品，实现自由边界模拟的工作流程，完全适用于利用气囊进行自由边界模拟下的模态试验。
(二)技术方案
一种气囊支承自由边界模拟控制系统，包括自由边界模拟控制器，与所述自由边界模拟控制器连接的位移传感器、压力传感器、气路控制台、阻尼器，所述位移传感器，设置于托举被试产品的气囊支承附近，所述气路控制台，内部设置一条供气主路和多条供气支路，供气主路与其原连接，供气支路与气囊或附加气室连接，在供气支路上集成气路开关控制、气路比例控制阀门；所述压力传感器，设置于气囊支承的供气管路上或附加气室上；所述阻尼器安装于产品失稳晃动时，摆动速度较大的位置，阻尼器一端与固定支架铰接，另一端与产品转接工装铰接。
进一步地，所述自由边界模拟控制器与外部供电连接。
进一步地，所述自由边界模拟控制器与输入输出设备连接。
进一步地，所述输入设备包括键盘、鼠标，输出设备包括显示器。
进一步地，所述自由边界模拟控制器包括实时处理器、电源转换模块、急停按键和接口，所述自由边界模拟控制器通过接口与外部连接。
进一步地，所述实时处理器通过电源转换模块与外部电源连接，电源转换模块将外部220VAC转换为直流电压用于实时处理器和气台测控接口供电。
进一步地，所述急停按键串入气路控制台直流供电回路，急停按键按下后，切断向气台测控接口的供电，气路控制台失去供电，气囊内压力气体将立即排出。
本发明还公开了一种气囊支承自由边界模拟控制系统控制方法，包括如下步骤：
S1、预充压过程：启动闭环A，充压目标为产品临界浮起压力；
S2、预充压结束：位移传感器反馈值清零，并开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果；
S3、过充压转位移控制：结束闭环A，将闭环A最后一时刻计算值传递至中间变量，启动闭环B，将中间变量值与闭环B输出值求和作为当前控制输出值；
S4、被试产品位置保持，模态试验过程：待被试产品浮起至预定高度后，关闭阻尼器，使阻尼器不产生阻尼效果或仅产生小到可以忽略的阻尼效果；开启控制器中的滤波功能；
S5、模态试验结束：关闭开启控制器中的滤波功能，开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果。
进一步地，流程S5之后进行S6：落下被试产品：使产品缓慢下落至位移传感器零位附近，摁下急停按键，将气囊支承内的带压气体排出。
(三)有益技术效果
所述自由边界模拟控制器实现多个气囊支承的独立闭环控制，所述自由边界模拟控制器是一种多种信号输入、多控制闭环同时解算、多控制闭环切换、多控制输出的闭环控制器；所述控制方法符合气囊支承被试产品，实现自由边界模拟的工作流程，完全适用于利用气囊进行自由边界模拟下的模态试验。
附图说明
图1：本发明气囊支承自由边界模拟控制系统应用示意图；
图2：本发明气囊支承自由边界模拟控制系统结构示意图；
图3：本发明气囊支承自由边界模拟控制系流程图；
图4：本发明气囊支承自由边界模拟控制系统中闭环A、闭环B。
具体实施方式
除了下面所述的实施例，本发明还可以有其它实施例或以不同方式来实施。因此，应当知道，本发明并不局限于在下面的说明书中所述或在附图中所示的部件的结构的详细情况。当这里只介绍一个实施例时，权利要求并不局限于该实施例。
如图1所示，一种气囊支承自由边界模拟控制系统，包括自由边界模拟控制器7，与所述自由边界模拟控制器7连接的位移传感器1、压力传感器2、气路控制台3；所述压力传感器2，设置于气囊支承的供气管路上或附加气室上。
位移传感器1，设置于托举被试产品的气囊支承附近，并以信号的形式向自由边界模拟控制器7发送数据；
压力传感器2，设置于气囊支承的供气管路上或附加气室上，并以信号的形式向自由边界模拟控制器7发送数据；
气路控制台3，所述气路控制台3，内部设置一条供气主路和多条供气支路，供气主路与气源连接，供气支路与气囊或附加气室连接，在供气支路上设置气路开关控制、气路比例控制阀门，并以信号的形式与自由边界模拟控制器7交换数据；
外部供电4，用于提供220VAC；
显示器5，用于自由边界模拟控制器7人机交互输出；
键盘鼠标6，用于自由边界模拟控制器7人机交互输入；
阻尼器8，安装于产品失稳晃动时，摆动速度较大的位置，阻尼器一端与固定支架铰接，另一端与产品转接工装铰接。
如图2所示，所述自由边界模拟控制器7包括：急停按键70、位移传感器接口71，压力传感器接口72，气台测控接口73，电源转换模块74，显示器接口75，USB接口76，实时处理器77，阻尼启停接口78；
所述急停按键70设置于自由边界模拟控制器7外部；所述位移传感器接口71在所述控制器7外部与设置于托举被试产品的气囊支承附近的位移传感器1通过线缆相连；所述压力传感器接口72在所述控制器7外部与设置于气囊的供气管路上或附加气室上的压力传感器2通过线缆相连；所述气台测控接口73在所述控制器7外部与气路控制台3的插座通过线缆相连；所述电源转换模块74通过接插件将外部220VAC转换为直流电压，并通过线缆实现实时处理器77和气台测控接口73供电；所述显示器接口75在控制器7外部与显示器5通过线缆相连；所述USB接口76在控制器7外部与USB键盘鼠标6相连；所述阻尼启停接口78在控制器7外部与阻尼器8相连；在所述控制器7内部，位移传感器接口71、压力传感器接口72、气台测控接口73、电源转换模块74、显示器接口75、USB接口76、阻尼启停接口78分别通过电路与实时处理器77相连，急停按键70串入电源转换模块74与气台测控接口73的供电线缆。
所述急停按键70摁下时，切断气台测控接口73供电，使气路控制台7失去供电，实现气囊内气体的泄压；所述位移传感器接口71用于获取位移传感器1信号并为其供电；所述压力传感器接口72用于获取压力传感器2信号并为其供电；所述气台测控接口73用于将控制信号发送至气路控制台3，并向气路控制台3内的电动执行机构供电；所述电源转换模块74用于将外部供电转换为24VDC；所述阻尼启停接口78，用于将控制信号发送至阻尼器8。
如图3、4所示，自由边界模拟控制器的控制方法，包括如下步骤：
S1、预充压过程：启动闭环A，充压目标为产品临界浮起压力；
S2、预充压结束：位移传感器反馈值清零，并开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果；
S3、过充压转位移控制：结束闭环A，将闭环A最后一时刻计算值传递至中间变量，启动闭环B，将中间变量值与闭环B输出值相加作为当前控制输出值；
S4、被试产品位置保持，模态试验过程：待被试产品浮起至预定高度后，关闭阻尼器，使阻尼器不产生阻尼效果或仅产生小到可以忽略的阻尼效果；在控制器中开启滤波功能；
S5、模态试验结束：在控制器中关闭滤波功能，开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果；
S6、被试产品落下过程：利用闭环B使产品缓慢下落至位移传感器零位附近，摁下急停按键，将气囊支承内的带压气体排出。
其中，闭环A：主反馈为压力，执行机构为气路比例阀；其中闭环B：主反馈为位移，执行机构为气路比例阀。
上面对本发明的实施案例作了详细说明，上述实施方式仅为本发明的一个实施案例，但是本发明并不限于上述实施案例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (8)

1.一种气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于：包括自由边界模拟控制器，与所述自由边界模拟控制器连接的位移传感器、压力传感器、气路控制台、阻尼器，所述位移传感器，设置于托举被试产品的气囊支承附近，所述气路控制台，内部设置一条供气主路和多条供气支路，供气主路与气源连接，供气支路与气囊或附加气室连接，在供气支路上设置气路开关控制、气路比例控制阀门；所述压力传感器，设置于气囊支承的供气管路上或附加气室上；所述阻尼器安装于产品失稳晃动时，摆动速度较大的位置，阻尼器一端与固定支架铰接，另一端与产品转接工装铰接，控制系统控制步骤如下：
S1、预充压过程：启动闭环A，充压目标为产品临界浮起压力；
S2、预充压结束：位移传感器反馈值清零，并开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果；
S3、过充压转位移控制：结束闭环A，将闭环A最后一时刻计算值传递至中间变量，启动闭环B，将中间变量值与闭环B输出值求和作为当前控制输出值；
S4、被试产品位置保持，模态试验过程：待被试产品浮起至预定高度后，关闭阻尼器，使阻尼器不产生阻尼效果或仅产生小到可以忽略的阻尼效果；开启控制器中的滤波功能；
S5、模态试验结束：关闭控制器中的滤波功能，开启阻尼器，使阻尼器产生阻尼效果；
其中，闭环A：主反馈为压力，执行机构为气路比例控制阀门；其中闭环B：主反馈为位移，执行机构为气路比例控制阀门。
2.如权利要求1所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于，所述自由边界模拟控制器与外部供电连接。
3.如权利要求1所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于，所述自由边界模拟控制器与输入输出设备连接。
4.如权利要求3所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于：所述输入设备包括键盘、鼠标，输出设备包括显示器。
5.如权利要求1所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于，所述自由边界模拟控制器包括实时处理器、电源转换模块、急停按键和接口，所述自由边界模拟控制器通过接口与外部连接。
6.如权利要求5所述的气囊支承 自由边界模拟控制系统，其特征在于，所述实时处理器通过电源转换模块与外部电源连接，电源转换模块将外部220VAC转换为直流电压用于实时处理器和气台测控接口供电。
7.如权利要求5所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于，所述急停按键串入气路控制台直流供电回路，急停按键按下后，切断向气台测控接口的供电，气路控制台失去供电，气囊内压力气体将立即排出。
8.如权利要求5所述的气囊支承自由边界模拟控制系统，其特征在于，步骤S5之后进行S6：利用闭环B使产品缓慢下落至位移传感器零位附近，摁下急停按键，将气囊支承内的带压气体排出。
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