[发明专利]电液伺服双轴疲劳试验装置的正弦波幅值和相位控制方法

说明书

本发明公开了一种电液伺服双轴疲劳试验装置的正弦波幅值和相位控制方法，包括基座，设于基座上的支架，设于支架上的横向液压缸和竖向液压缸，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个电液伺服阀，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个力传感器，2个模拟PID控制器，多轴数字控制器和夹具；横向液压缸和竖向液压缸和夹具均与试件连接。本发明具有实现高精度的双轴正弦波的幅值和相位的协同控制的特点。

技术领域

本发明涉及振动控制、环境试验技术和数据处理技术领域，尤其是涉及一种基于系统解耦的幅值和相位实时修正的控制算法，能实现高精度的双轴正弦波的幅值和相位协同控制的电液伺服双轴疲劳试验装置的正弦波幅值和相位控制方法。

背景技术

疲劳失效是汽车结构件最主要的破坏形式之一。在实验室对试件进行疲劳试验对于研究试件的疲劳特性和疲劳寿命曲线有着重要的意义。实验室疲劳试验方法和精确度是试件疲劳寿命的预测关键，利于预防和解决试件在循环载荷下的疲劳失效问题，提高其可靠性能。

汽车零部件在工作条件中，通常受到高温和多轴的复杂交变载荷的作用，单轴的疲劳试验不能准确预测试件的疲劳寿命，双轴试验相比单轴试验能更好地模拟试件在实际工作环境中的疲劳失效问题。

针对疲劳试验中应用最多的正弦波，单轴试验只需控制正弦波的幅值即可满足试验要求，而双轴疲劳试验需要产生幅值和相位差均可控的双通道的正弦波，通道间也会存在较强的耦合作用，为试验控制方法加大了试验难度。

目前在液压伺服控制中应用最广泛的是PID控制。传统的PID控制无法对系统幅频特性衰减和相频特性滞后的情况做出改善，使得系统频宽很低，难以满足动态测试的要求；同时，PID控制也无法对系统的时变特性做出补偿。此外，双轴控制系统存在通道间的耦合作用，需要对系统进行解耦。

发明内容

本发明的发明目的是为了克服传统PID控制动态特性差、不能对系统时变特性做出补偿、无法满足多通道控制精度要求的不足，提供了一种基于系统解耦的幅值和相位实时修正的控制算法，能实现高精度的双轴正弦波的幅值和相位协同控制的电液伺服双轴疲劳试验装置的正弦波幅值和相位控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电液伺服双轴疲劳试验装置的正弦波幅值和相位控制方法，包括基座，设于基座上的支架，设于支架上的横向液压缸和竖向液压缸，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个电液伺服阀，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个力传感器，2个模拟PID控制器，多轴数字控制器和夹具；横向液压缸和竖向液压缸和夹具均与试件连接；

多轴数字控制器分别与2个模拟PID控制器和2个力传感器电连接，2个模拟PID控制器分别与2个电液伺服阀和2个力传感器电连接；

包括如下步骤：

(1-1)辨识与解耦；

(1-2)计算幅值和相位；

(1-3)修正指令谱向量；

(1-4)PID控制；

(1-5)使k值增加1之后，返回步骤(1-2)。

两组液压缸、电液伺服阀、力传感器、模拟PID伺服控制器分别组成垂直方向和水平方向的闭环伺服加载系统。多轴数字控制器的两个输入通道分别接两个力传感器，两个输出通道分别接两个电液伺服阀。

多轴数字控制器对采集的数据实时处理和修正，发出实时修正的指令信号，指令信号作为模拟PID控制的伺服系统的输入参考信号，从而对两个液压缸输出力的波形进行精确的协同控制。

控制算法流程包括系统辨识与解耦、幅值和相位计算、指令谱向量修正、PID控制。