[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征是，包括基座(1)，设于基座上的支架(2)，设于支架上的横向液压缸(3)和竖向液压缸(4)，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个电液伺服阀(5)，分别设于横向液压缸和竖向液压缸上的2个力传感器(6)，2个模拟PID控制器(7)，多轴数字控制器(8)和夹具(9)；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；(2‑1)多轴数字控制器将两路互不相关的白噪声x₁，x₂分别输给2个模拟PID控制器，多轴数字控制器采集两个力传感器的反馈数据y₁，y₂；(2‑2)设定系统频响函数矩阵估计为其中，为x_i和y_i间的频响函数估计，为输入信号x_i和输出信号y_j的互功率谱估计，为输入信号x_i的自功率谱估计；(2‑3)利用公式计算频响矩阵的逆矩阵Z(f)，设定Z(f)为阻抗矩阵；(2‑4)利用公式D(f)＝Z(f)R(f)计算第一帧指令谱向量D_k(f)，k＝1；(2‑5)设D_k(f)＝[a₁+jb₁，a₂+jb₂]^T，则其幅值分别为：相位分别为：(2‑6)设采样率为f_s，帧数据点数为N，正弦信号频率为f，计算双轴指令信号序列x_1k(n)和x_2k(n)；n＝1，2，…，N；(2‑7)x_1k(n)和x_2k(n)经多轴数字控制器的数模转换器D/A转换后变为x_1k(t)，x_2k(t)，并依次分别输出给2个模拟PID控制器，2个力传感器采集反馈的输出y_1k(t)，y_2k(t)分别输送给2个模拟PID控制器，2个模拟PID控制器用模拟电路实现将x_1k(t)，x_2k(t)分别与y_1k(t)，y_2k(t)作差，2个模拟PID控制器分别发出相应的电流信号控制2个电液伺服阀，驱动液压缸作动，形成模拟PID闭环控制；第k帧采集到的传感器数据经A/D转换后分别记为y_1k(n)y_2k(n)；(2‑8)多轴控制器在发出x_1k(n)，x_2k(n)和采集y_1k(n)，y_2k(n)的同时，使D_k+1(f)＝D_k(f)；利用步骤(2‑5)和(2‑6)中的公式计算x_1(k+1)(n)和x_2(k+1)(n)；当第k帧数据发送和采集完毕，多轴控制器将x_1(k+1)(n)，x_2(k+1)(n)逐点发给2个模拟PID控制器；(1‑2)计算幅值和相位；假设第k帧信号传感器反馈的响应信号A₁为第k帧响应信号y_1k(n)的幅值，φ₁为第k帧响应信号y_1k(n)的初相位；A₂为第k帧响应信号y_2k(n)的幅值，φ₂为第k帧响应信号y_2k(n)的初相位；将y_1k(n)分别与和相乘，得到：和将α_1k(n)和β_1k(n)经多轴数字控制器进行低通滤波后，得到和两个直流分量，利用公式计算力传感器反馈信号的幅值利用公式计算力传感器反馈信号的相位将y_2k(n)分别与和相乘，得到：和将α_2k(n)和β_2k(n)经多轴数字控制器进行低通滤波后，得到和两个直流分量，利用公式计算力传感器反馈信号的幅值利用公式计算力传感器反馈信号的相位(1‑3)修正指令谱向量；利用公式E(f)＝R(f)‑C(f)计算误差谱向量，其中，C(f)为响应谱向量，C(f)由和计算得到；利用公式D_k+2(f)＝D_k+1(f)+QZ(f)E(f)计算第k+2帧的指令谱向量D_k+2(f)；其中，Q为迭代增益矩阵，取D_k+1(f)为当前帧的指令谱向量；利用下述公式计算x_1(k+2)(n)和x_2(k+2)(n)：其中，设定D_k+2(f)＝[a₁′+jb₁′，a₂′+jb₂′]，则其幅值分别为相位分别为(1‑4)PID控制；当第k+1帧数据发送和采集完毕，将x_1(k+2)(n)和x_2(k+2)(n)经多轴数字控制器的数模转换器D/A转换后变为x_1(k+2)(t)，x_2(k+2)(t)，并依次分别输出给2个模拟PID控制器，2个力传感器采集反馈的输出y_1(k+2)(t)，y_2(k+2)(t)给2个模拟PID控制器，2个模拟PID控制器用模拟电路实现将x_1(k+2)(t)，x_2(k+2)(t)，分别与_y1(k+2)(t)，_y2(k+2)(t)作差，2个模拟PID控制器分别发出相应的电流信号控制2个电液伺服阀，驱动液压缸作动，形成模拟PID闭环控制；(1‑5)重复步骤(1‑2)至(1‑4)。