[發明專利]大載荷試驗機微小載荷控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710243071.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106908313B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 馮勃;徐明龍;田征;李佳
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N3/02
• 分類號: G01N3/02
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

1.一種大載荷試驗機微小載荷控制系統，其特征在于：包括微小載荷加載裝置和微小載荷控制系統；所述微小載荷加載裝置包括與大載荷試驗機作動單元上夾頭連接的彈簧加載機構，與彈簧加載機構連接的試件，以及與試件連接的小載荷傳感器，小載荷傳感器安裝在大載荷試驗機作動單元下夾頭上；所述微小載荷控制系統包括控制器、與控制器連接的上位機以及模擬輸入設備和模擬輸出設備；微小載荷加載裝置通過彈簧加載機構將大載荷試驗機輸出的位移轉換為微小載荷施加給試件，試件受力通過小載荷傳感器測量；大載荷試驗機通過外部接口和微小載荷控制系統的控制器連接；微小載荷控制系統的上位機將控制設定參數即加載模式、加載力、加載速度發送給控制器，控制器通過模擬輸入設備的第一模擬輸入端口采集大載荷試驗機控制器輸出的位移信號，通過模擬輸入設備的第二模擬輸入端口采集微小載荷加載裝置中小載荷傳感器測量的試件微小載荷信號，位移和載荷信號作為反饋量送入控制器，控制量為微小載荷，利用閉環控制算法計算出控制位移，經模擬輸出設備的模擬輸出端口輸出并送入大載荷試驗機控制器進行位移控制；通過大載荷試驗機和微小載荷控制系統協同控制實現大載荷試驗機的微小載荷閉環控制；

所述微小載荷加載裝置的具體結構為：包括與大載荷試驗機作動單元上夾頭連接的上夾具(1)，導向桿(2)與上夾具(1)采用活塞導向方式連接，加載彈簧(3)安裝在導向桿(2)上，導向桿(2)下端與上壓盤(5)通過螺紋連接，導向桿(2)用于保證加載彈簧(3)沿軸向變形，防止彈簧失穩及偏壓；限位開關(4)安裝在上壓盤(5)上表面，用于加載彈簧(3)壓縮限位保護；還包括與大載荷試驗機下夾頭連接的下夾具(9)，小載荷傳感器(8)安裝在下夾具(9)上，下壓盤(7)安裝在小載荷傳感器(8)上，試件(6)放置在上壓盤(5)和下壓盤(7)間；大載荷試驗機作動位移通過上夾具(1)傳遞給加載彈簧(3)，加載彈簧(3)受壓變形產生壓縮載荷通過上壓盤(5)傳遞給試件(6)、下壓盤(7)和小載荷傳感器(8)，各部件采用串聯結構，大載荷試驗機壓縮加載彈簧(3)產生的載荷等值傳遞給試件(6)及小載荷傳感器(8)。

2.權利要求1所述的大載荷試驗機微小載荷控制系統的控制方法，其特征在于：微小載荷控制系統的核心為外部控制器，輸入量為程序設定的目標載荷，反饋量為大載荷試驗機輸出的當前位移量和小載荷傳感器測量的當前載荷，控制器通過閉環控制算法計算出位移控制量輸入大載荷試驗機，產生加載位移推動彈簧加載機構實現小加載力閉環控制輸出功能。

3.根據權利要求2所述的控制方法，其特征在于：加載力控制精度ΔF取決于大載荷試驗機輸出位移精度ΔL和加載彈簧(3)的剛度K，即：

ΔF＝ΔL×K

在大載荷試驗機位移控制精度足夠的情況下，通過調節加載彈簧(3)剛度K即能夠獲得需要的載荷控制精度。