[發明專利]一種懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制系統及方法

有效

• 申請號: 201610031684.0
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105697470B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 米建偉;方曉莉;段學超;門喜明;黃集發;范麗彬;王小龍;汪輝
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: F15B21/08
• 分類號: F15B21/08;G01M13/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明屬于機械控制技術領域，尤其涉及一種懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制系統及方法。

背景技術

現代大型飛機機翼中分布了大量的液壓管路，這些管路的工作品質和可靠性對整個飛機的飛行安全與控制起著至關重要的作用，而飛機在飛行的過程中，機翼會因氣流壓力等原因發生復雜的彈性振動，使得緊固在其上的液壓管路隨之發生三維空間的動態組合變形。在極端變形情況下，液壓管路某些部位可能會產生超出設計要求的應力和應變，導致管路發生損傷，引發飛行事故。在給定機翼極端變形的條件下，獲得管路產生的極端應力和應變，可使設計師對管路設計的安全性進行有效評估。但由于機翼自身結構和其空間變形的復雜性，很難采用彈性力學的經典理論進行計算校核。而如果直接采用實際機翼進行管路飛行環境振動試驗，特別是對于大跨度機翼，則需要付出高昂的試驗成本，甚至是現實中無法實現的。因此，有必要研制一種結構簡單，而又能夠模擬飛行中機翼振動對其上液壓管路影響效果的試驗系統，對機翼液壓管路的安全性進行合理試驗評估。該疲勞試驗模擬系統的建成將為管路安全性能評估提供一種全新的手段，使機翼管路的可靠性設計水平得到顯著提升。柔性大跨度懸臂桁架結構與機翼具有等效的變形運動。首先，滿足在重力作用下，懸臂桁架的下垂曲線與飛機停機時自然下垂曲線貼合；其次，懸臂桁架的自由端在外力牽引下可實現大幅緩慢彎曲上翹運動，以模擬飛機飛行過程中，機翼因氣流升力而發生的大幅度上翹運動，并與指定位置處的給定曲線貼合；然后，懸臂桁架的自由端可通過控制，在指定位置處以一定的頻率和幅度進行微幅簡諧振動，以模擬機翼翼尖在指定位置處所發生的抖動。鑒于上述原因，該疲勞試驗模擬系統機械結構采用大跨度懸臂桁架實現。疲勞試驗模擬系統的控制部分采用液壓系統實現，考慮到單獨由非對稱液壓缸控制，則實現大行程的提升運動比較容易，但實現小幅振動運動難度較大，單獨由對稱液壓缸控制，實現大行程提升運動時所需液壓缸缸體較長，運動空間大，液壓系統頻帶降低，響應速度變慢，測量液壓缸行程的位移傳感器較長，造價昂貴，基于以上原因，采用由非對稱大液壓缸和對稱小液壓缸串聯結構，非對稱大液壓缸在上，對稱小液壓缸在下。其中，非對稱液壓缸為單桿缸，具有結構簡單、行程大、占用空間少、承載能力強等優點，用于完成懸臂桁架自由端的提升動作；對稱液壓缸為雙桿缸，行程較小時閉環頻帶較大，動態響應快，用于完成懸臂桁架自由端正弦振動。

目前，雖然也有能夠滿足該特殊的疲勞試驗裝置液壓系統運動控制器，但存在一定的問題：

1、微處理器采用PIC18系列的單片機，在解算速度和處理能力上存在一定瓶頸，無法自行規劃復雜振動軌跡，需要依靠上位機事先規劃好振動軌跡后將離散數據傳輸到控制器執行，應用上有較大的局限性。

2、液壓伺服閥采用硬件PID控制，參數調整難度大，控制效果差，可靠性低，不利于改進和維護。

3、控制器與上位機之間數據傳輸使用RS-232實現，通信可靠性差，傳輸速度慢，無法將磁致伸縮傳感器測量的振動反饋信號實時傳輸到上位機，只能等待振動運動結束后再進行上傳，不利于振動過程的實時監控。

4、使用單片機輸出的PWM信號，經過整形隔離、有源濾波、驅動放大后控制電液比例閥和電液伺服閥運動，使得控制信號線性差，控制效果不理想。

發明內容

本發明的目的在于提供一種懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制系統及方法，旨在解決目前的疲勞試驗裝置液壓系統運動控制器存在的微處理器在解算速度和處理能力上存在一定瓶頸，無法自行規劃復雜振動軌跡；液壓伺服閥采用硬件PID控制，參數調整難度大，控制效果差，可靠性低，不利于改進和維護；控制器與上位機之間數據傳輸使用RS-232實現，通信可靠性差，傳輸速度慢，無法將磁致伸縮傳感器測量的振動反饋信號實時傳輸到上位機，只能等待振動運動結束后再進行上傳，不利于振動過程的實時監控；使用單片機輸出的PWM信號，經過整形隔離、有源濾波、驅動放大后控制電液比例閥和電液伺服閥運動，使得控制信號線性差，控制效果不理想的問題。

本發明是這樣實現的，一種懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制方法，所述懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制方法包括以下步驟：

懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制方法，其特征在于，所述懸臂桁架疲勞試驗的液壓運動控制方法包括以下步驟：

步驟一：液壓運動控制器等待上位機通過以太網接口發送運動命令及運動參數，運動命令及參數包括：懸臂桁架自由端提升位置，在該提升位置是否需要振動運動，振動曲線函數參數，在該提升位置的懸停時間；接收到后執行步驟二；