[發明專利]電液伺服雙軸疲勞試驗裝置的正弦波幅值和相位控制方法

有效

• 申請號: 201710180316.7
• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN107084896B
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 賀惠農;李潮;田磐
• 申請（專利權）人: 嘉興億恒測試技術有限公司
• 主分類號: G01N3/36
• 分類號: G01N3/36
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏;閻忠華

1.一種電液伺服雙軸疲勞試驗裝置的正弦波幅值和相位控制方法，其特征是，包括基座(1)，設于基座上的支架(2)，設于支架上的橫向液壓缸(3)和豎向液壓缸(4)，分別設于橫向液壓缸和豎向液壓缸上的2個電液伺服閥(5)，分別設于橫向液壓缸和豎向液壓缸上的2個力傳感器(6)，2個模擬PID控制器(7)，多軸數字控制器(8)和夾具(9)；橫向液壓缸和豎向液壓缸和夾具均與試件連接；

多軸數字控制器分別與2個模擬PID控制器和2個力傳感器電連接，2個模擬PID控制器分別與2個電液伺服閥和2個力傳感器電連接；

包括如下步驟：

(1-1)辨識與解耦；

(2-1)多軸數字控制器將兩路互不相關的白噪聲x₁，x₂分別輸給2個模擬PID控制器，多軸數字控制器采集兩個力傳感器的反饋數據y₁，y₂；

(2-2)設定系統頻響函數矩陣估計為

其中，為x_i和y_i間的頻響函數估計，為輸入信號x_i和輸出信號y_j的互功率譜估計，為輸入信號x_i的自功率譜估計；

(2-3)利用公式計算頻響矩陣的逆矩陣Z(f)，設定Z(f)為阻抗矩陣；

(2-4)利用公式D(f)＝Z(f)R(f)計算第一幀指令譜向量D_k(f)，k＝1；

(2-5)設D_k(f)＝[a₁+jb₁，a₂+jb₂]^T，則其幅值分別為：

相位分別為：

(2-6)設采樣率為f_s，幀數據點數為N，正弦信號頻率為f，計算雙軸指令信號序列x_1k(n)和x_2k(n)；n＝1，2，…，N；

(2-7)x_1k(n)和x_2k(n)經多軸數字控制器的數模轉換器D/A轉換后變為x_1k(t)，x_2k(t)，并依次分別輸出給2個模擬PID控制器，2個力傳感器采集反饋的輸出y_1k(t)，y_2k(t)分別輸送給2個模擬PID控制器，2個模擬PID控制器用模擬電路實現將x_1k(t)，x_2k(t)分別與y_1k(t)，y_2k(t)作差，2個模擬PID控制器分別發出相應的電流信號控制2個電液伺服閥，驅動液壓缸作動，形成模擬PID閉環控制；第k幀采集到的傳感器數據經A/D轉換后分別記為y_1k(n)y_2k(n)；

(2-8)多軸控制器在發出x_1k(n)，x_2k(n)和采集y_1k(n)，y_2k(n)的同時，使D_k+1(f)＝D_k(f)；

利用步驟(2-5)和(2-6)中的公式計算x_1(k+1)(n)和x_2(k+1)(n)；當第k幀數據發送和采集完畢，多軸控制器將x_1(k+1)(n)，x_2(k+1)(n)逐點發給2個模擬PID控制器；

(1-2)計算幅值和相位；

假設第k幀信號傳感器反饋的響應信號A₁為第k幀響應信號y_1k(n)的幅值，φ₁為第k幀響應信號y_1k(n)的初相位；A₂為第k幀響應信號y_2k(n)的幅值，φ₂為第k幀響應信號y_2k(n)的初相位；

將y_1k(n)分別與和相乘，得到：

和

將α_1k(n)和β_1k(n)經多軸數字控制器進行低通濾波后，得到和兩個直流分量，利用公式計算力傳感器反饋信號的幅值利用公式計算力傳感器反饋信號的相位

將y_2k(n)分別與和相乘，得到：

和

將α_2k(n)和β_2k(n)經多軸數字控制器進行低通濾波后，得到和兩個直流分量，利用公式計算力傳感器反饋信號的幅值利用公式計算力傳感器反饋信號的相位

(1-3)修正指令譜向量；

利用公式E(f)＝R(f)-C(f)計算誤差譜向量，其中，C(f)為響應譜向量，C(f)由和計算得到；

利用公式D_k+2(f)＝D_k+1(f)+QZ(f)E(f)計算第k+2幀的指令譜向量D_k+2(f)；

其中，Q為迭代增益矩陣，取D_k+1(f)為當前幀的指令譜向量；

利用下述公式計算x_1(k+2)(n)和x_2(k+2)(n)：

其中，設定D_k+2(f)＝[a₁′+jb₁′，a₂′+jb₂′]，則其幅值分別為

相位分別為

(1-4)PID控制；

當第k+1幀數據發送和采集完畢，將x_1(k+2)(n)和x_2(k+2)(n)經多軸數字控制器的數模轉換器D/A轉換后變為x_1(k+2)(t)，x_2(k+2)(t)，并依次分別輸出給2個模擬PID控制器，2個力傳感器采集反饋的輸出y_1(k+2)(t)，y_2(k+2)(t)給2個模擬PID控制器，2個模擬PID控制器用模擬電路實現將x_1(k+2)(t)，x_2(k+2)(t)，分別與_y1(k+2)(t)，_y2(k+2)(t)作差，2個模擬PID控制器分別發出相應的電流信號控制2個電液伺服閥，驅動液壓缸作動，形成模擬PID閉環控制；

(1-5)重復步驟(1-2)至(1-4)。

2.根據權利要求1所述的電液伺服雙軸疲勞試驗裝置的正弦波幅值和相位控制方法，其特征是，使k值增加1之后，返回步驟(1-2)。