[發明專利]基于伺服電動缸大負載高速度精密運動控制的試驗機

有效

• 申請號: 201710435856.5
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107421726B
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 丁國清;馬晨曦
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M7/02
• 代理公司: 31236 上海漢聲知識產權代理有限公司
• 代理人: 郭國中<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種基于伺服電動缸大負載高速度精密運動控制的試驗機，其特征在于：包括控制器、伺服電機(1)、電動缸(2)、感應塊(6)、水箱(9)、下夾具(10)、氣動缸(11)、上夾具(13)、導向桿(14)、位移傳感器(15)和磁性塊(16)，其中：

所述電動缸(2)為一個或多個；

每一個電動缸(2)的一側均由上至下設置電缸上極限保護位(3)、電缸原位(4)和電缸下極限保護位(17)；

每一個電動缸(2)的另一側均設有位移傳感器(15)，用于獲得電動缸(2)活塞桿的實時位移，并發送至控制器；

每一個電動缸(2)的兩側均分別設有一根導向桿(14)；

每一個電動缸(2)的一側導向桿(14)上均固定有感應塊(6)，用于感應試件(12)運動行程范圍的上限位(5)和下限位(7)，并發送至控制器；

每一個電動缸(2)的另一側導向桿(14)上均固定有磁性塊(16)，用作位移傳感器(15)的敏感元件；

所述水箱(9)放置在電動缸(2)的下方，用于保證測試環境恒溫；

每一個電動缸(2)的活塞桿外端部均固定有上夾具(13)，用于夾持試件(12)的上端；

所述下夾具(10)與上夾具(13)的數量相適配，并分別固定于水箱(9)的底部，用于夾持試件(12)的下端；

每一個電動缸(2)配套設置一個氣動缸(11)；

所述氣動缸(11)設置于水箱(9)的一側壁上，為試件(12)提供側向力；

所述伺服電機(1)與電動缸(2)的數量相適配，用于帶動電動缸(2)；

所述控制器與伺服電機(1)驅動連接；

所述控制器應用FPGA發送脈沖驅動伺服電機(1)帶動電動缸(2)的活塞桿做往復伸縮運動；

所述控制器包括：

-數據生成模塊，設置于PC端，用于生成精密運動所需時間數據和方向數據，并將時間數據和方向數據進行融合；

-以太網通信模塊，通過以太網傳輸數據生成模塊融合的數據到FPGA開發板；

-存儲模塊，設置于FPGA開發板，用于存儲由以太網通信模塊傳輸到FPGA開發板的融合數據；

-脈沖發生器模塊，用于獲取存儲模塊中的融合數據后進行分離處理，并按照分離數據發送對應方向上的脈沖；

-位移糾偏器模塊，作為保護模塊，當電動缸(2)的活塞桿到達上限位(5)或下限位(7)時，發送脈沖使電動缸(2)的活塞桿運動到電缸原位(4)；

-脈沖選擇器模塊，根據電動缸(2)的活塞桿運動狀態選擇起作用的是脈沖發生器模塊還是位移糾偏器模塊；

-誤差補償模塊，用于將位移傳感器(15)獲得的電動缸(2)活塞桿的實時位移反饋到脈沖發生器模塊，形成閉環控制，并進行誤差補償。

2.根據權利要求1所述的基于伺服電動缸大負載高速度精密運動控制的試驗機，其特征在于：所述上限位(5)和下限位(7)的位置根據試驗的幅值調整。

3.根據權利要求1所述的基于伺服電動缸大負載高速度精密運動控制的試驗機，其特征在于：當電動缸(2)的活塞桿運動到上限位或下限位時，脈沖選擇器模塊選擇啟動位移糾偏器模塊驅動電動缸(2)活塞桿回復氣缸原位，接著脈沖選擇器模塊選擇啟動脈沖發生器模塊。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的基于伺服電動缸大負載高速度精密運動控制的試驗機，其特征在于：還包括如下任一項或任多項特征：

-最大動態負載為50kN；

-電動缸(2)活塞桿最大行程為±100mm，示值精度控制在±0.1FS范圍內；

-試驗頻率范圍為0.001～10Hz；

-試驗波形包括：

簡諧波；

兩種以上不同頻率和振幅的簡諧合成波；

不同占空比的方波、三角波、T形波、斜波或路譜；

試驗波形失真度小于±0.1％。