[发明专利]一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法

说明书

本发明公开了一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法，该方法根据切换前后两种控制模式驱动电压的误差进行闭环学习待切换模式的输入信号，使得切换实际驱动系统的驱动信号在切换瞬间保持不变，从而使切换后控制模式的闭环形成过程中，不会出现位移、载荷或者应变的冲击。本发明所述方法可以在材料试验机中通用，在任意两个控制通道之间可以实现平滑切换，在切换过程中不会对试件造成损害，满足各种试验标准的要求。

技术领域

本发明涉及液压材料试验机控制领域，具体涉及一种用于控制模式平滑切换的在线跟踪方法。

背景技术

材料试验机是用来测试各种材料(如金属、非金属、复合材料等)、机械零件和工程结构等在不同条件下的物理机械性能的仪器。为了满足各种不同试验标准和各种材料的试验需求，材料试验机的控制软件需要有较大的灵活性，针对其控制方式而言，一般需要有位移、载荷、应变控制模式。在试验过程中，经常需要在各种控制模式之间进行灵活组合测试，根据国际通用试验标准的要求，在各种控制模式切换过程中必须保证平滑切换，即在切换过程中不会产生载荷冲击。

现有的控制策略主要是通过调整控制闭环的输入信号，使得当前闭环控制下的系统误差与待切换控制模式下的系统误差的差值近似为零。此方法只适合与静态的切换。对于不同的控制模式，系统的传递函数和控制器参数都不相同，因此，很难达到完全的平滑切换。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法，根据切换前后两种控制模式驱动电压的误差进行闭环学习待切换模式的输入信号，使得切换实际驱动系统的驱动信号在切换瞬间保持不变，从而使切换后控制模式的闭环形成过程中，不会出现位移、载荷或者应变的冲击。

本发明采用如下技术方案：

一种液压材料试验机控制模式的在线跟踪平滑切换方法，其特征在于，所述液压材料试验机各个通道均采用PID控制方式；根据切换前后两种控制模式的驱动电压的误差，获得学习信号；通过PI跟踪器闭环学习待切换模式的学习信号，使得切换后的驱动电压能够实时跟踪切换前的驱动电压，因此，实际驱动系统的驱动信号在切换瞬间保持不变，切换后控制模式的闭环形成过程中，不会出现位移、载荷或者应变的冲击。

从控制通道1切换到控制通道2的一般过程如下：

当控制模式处于通道1时，通道1的闭环形成，此时控制通道1的PID-1控制器的驱动电压的计算方式为：

式中，P₁是通道1的比例系数，I₁是通道1的积分系数，D₁是通道1的微分系数。e₁(t)是通道1的指令信号与输出反馈信号的差。

控制通道1的驱动电压u₁(t)输出给伺服阀，驱动伺服阀阀芯运动，从而使液压油流入油缸使油缸作动。

与此同时，控制通道2的PID-2控制器也处于工作状态，且采用PI跟踪器来学习控制通道2的输入指令信号，使得控制通道2的驱动电压u₂(t)能够实时跟踪u₁(t)。学习过程描述为：

learn_1-2(t)＝Pe₃(t)+I∫e₃(t)dt