[发明专利]数字式自适应电液疲劳试验机及实现方法

说明书

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。