结构静力试验中液压加载的智能化数字控制的实现

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静力试验是产品研制阶段必不可少的一个环节,其目的是鉴定产品结构的设计静强度,并为验证强度和刚度的计算方法以及结构的合理性提供必要的数据和资料。静力试验可以通过机械、电动和液压等加载方式完成,其中液压加载凭借良好的平稳性和运行中的低噪声,在工程试验中得到极为广泛的应用。液压加载根据液压流体力学原理,利用液压元件组成的压力和方向控制回路,将一定压力的油液输入液压缸,由液压缸内的活塞把分布的油压转变为集中力,最后经活塞杆输出。早期的静力试验对加载过程没有严格的要求,所以当时的液压加载方式由试验人员直接调整供油压力,改变液压缸内的油压,控制活塞杆输出的集中力载荷。试验人员调整的依据是他们对设备的使用经验和双眼看到的测试设备显示的当前载荷。随着对试验加载过程要求的提高,原有的人工液压加载方式已不能满足这种要求。现阶段,加载方式已经同自动控制技术和现代测试技术结合起来,实现了加载的计算机控制。在油源设备提供一定压力油液的情况下,计算机调整输入到液压缸内的油液流量,由此控制试验载荷。根据这一设计思想,我们依据被控参量开发了两个液压加载分系统:力控制系统和位移控制系统,以满足不同的试验需求。两个系统在形式上基本相同,只是反馈给计算机加载信息的传感器不一样,分别用的是力传感器和位移传感器。可两个系统的稳定性和动态性能相差很大,所以采用的控制方法完全不同。本文针对这一具体工程实际问题,研究了系统及其组成部件的传递特性,在分析了两个分系统的稳定性和动态性能的基础上,设计了两种控制方法,主要内容如下: 1.对该课题的意义作了介绍;对相关的自动控制和现代测试技术的发展状况作了全面的综述; 2.详细研究了主要部件:阀控液压缸、电液伺服阀和力传感器的工作原理和传递特性,建立力了控制和位移控制两种静力试验加载方式的整体系统数学模型; 3.利用系统数学模型,研究、分析了力和位移两种控制系统的稳定性和动态性能; 4.研究积分分离PID控制算法,用来控制根据位移加载的试验过程; 5.研究自适应辨识和极点配置自适应控制,用来控制刚度不定的力加载试验过程; 6.使用模块化编程方式编制测控软件。 7.建立了完整的可控静力试验系统,并用该系统进行了部分试验,表明该系统的性能良好,满足设计要求。
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