[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

本發明公開了一種大載荷試驗機微小載荷控制系統及控制方法，該系統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；通過一套外部微小載荷加載裝置和控制系統，利用大載荷試驗機的位移控制功能實現微小載荷精確控制；本發明用于提高大載荷試驗機的微小載荷控制精度，拓展應用范圍和通用性，降低設備投入。

技術領域

本發明涉及一種試驗機微小載荷控制技術，具體涉及一種大載荷試驗機微小載荷控制系統及控制方法。

背景技術

液壓伺服試驗機通常用于大載荷試驗測試，無法滿足小樣品和低模量(如橡膠、生物材料)試驗測試中微小載荷(＜1％FS)精確測量和控制需求。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種大載荷試驗機微小載荷控制系統及控制方法，基于試驗機的精確位移控制功能，通過試驗機和外部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。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種大載荷試驗機微小載荷控制系統，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。

所述的大載荷試驗機微小載荷控制系統的控制方法，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。

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。