[發(fā)明專利]一種壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2019-12-29
• 公開（公告）號: CN111176348A
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝成祥;朱明;曹學(xué)軍;李莉
• 申請（專利權(quán)）人: 常州工學(xué)院
• 主分類號: G05D23/22
• 分類號: G05D23/22
• 代理公司: 常州佰業(yè)騰飛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32231
• 代理人: 顧翰林

1.一種壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：包含一個(gè)位移傳感器、三個(gè)微動開關(guān)、一個(gè)霍爾傳感器、一個(gè)按鈕、三個(gè)熱電偶、一個(gè)電熱盤、交流伺服驅(qū)動器及電機(jī)、固態(tài)繼電器、發(fā)熱盤、智能溫控儀、輔助電路、一塊研華PCL-1716數(shù)據(jù)采集卡、恒溫箱風(fēng)機(jī)及變頻器、偏心輪驅(qū)動電機(jī)及變頻器和一臺計(jì)算機(jī)，恒溫箱風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，攪動恒溫箱內(nèi)空氣，使得恒溫箱內(nèi)溫度的分布均勻；偏心輪電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，通過傳動機(jī)構(gòu)使上壓板做上下往復(fù)運(yùn)動，對試樣施加周期性壓縮；杠桿水平控制系統(tǒng)由直線位移傳感器、濾波電路、PCL-1716數(shù)據(jù)采集卡、計(jì)算機(jī)、壓控振蕩器、連鎖保護(hù)電路、伺服驅(qū)動器、伺服電機(jī)構(gòu)成；位移傳感器位于平衡杠桿的一端，用來檢測杠桿是否處于水平狀態(tài)，位移傳感器輸出4～20mA電流信號，經(jīng)電阻轉(zhuǎn)換為電壓信號再經(jīng)過濾波，由PCL-1716數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行AD采樣，計(jì)算機(jī)得到位移傳感器信息。固定銷插上時(shí)，杠桿處于水平狀態(tài)，以此時(shí)的AD采樣值作為控制系統(tǒng)的給定值。

在壓縮過程中，采樣到的位移信號經(jīng)FFT后，取其直流分量作為位移信號，克服周期性壓縮的影響。將給定信號與位移位移信號相比較，獲得偏差，經(jīng)控制運(yùn)算后，產(chǎn)生控制信號，經(jīng)PCL-1716的DA口轉(zhuǎn)換為模擬信號，作用于壓控振蕩器，壓控振蕩器產(chǎn)生一定頻率的方波脈沖；

伺服驅(qū)動器設(shè)置為位置控制，壓控振蕩器輸出的脈沖信號經(jīng)過連鎖保護(hù)電路作用于伺服驅(qū)動器的頻率信號輸入端，其頻率決定了伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速，另外通過PCL-1716的一個(gè)DO端口輸出一個(gè)高低電平，控制伺服電機(jī)的正/反轉(zhuǎn)；試樣在周期性壓縮過程中產(chǎn)生變形，使得杠桿失去平衡，此時(shí)，通過控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向和轉(zhuǎn)速，經(jīng)變速箱和絲杠傳動系統(tǒng)使下壓板產(chǎn)生上/下移動，保持杠桿的水平，使得試樣上的負(fù)荷保持恒定；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：連鎖保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)下壓板在規(guī)定范圍內(nèi)運(yùn)動，保護(hù)電機(jī)和傳動系統(tǒng)，用微動開關(guān)提供下壓板的高限位信號、低限位信號；在高限位或低限位信號被觸發(fā)時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)高電平；方向指令和高限位信號均為高電平時(shí)，三極管關(guān)斷，伺服驅(qū)動器輸入脈沖被切斷，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，防止下壓板繼續(xù)上升；方向指令為低電平，低限位信號為高電平時(shí)，三極管關(guān)斷，伺服驅(qū)動器輸入脈沖被切斷，伺服電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，防止下壓板繼續(xù)下降，導(dǎo)致電機(jī)燒毀或傳動系統(tǒng)損壞。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：伺服電機(jī)在轉(zhuǎn)動過程中，每轉(zhuǎn)動1圈，就會通過編碼器產(chǎn)生一定個(gè)數(shù)的脈沖信號，該脈沖信號經(jīng)高速光耦隔離后輸入到PCL-1716的計(jì)數(shù)器輸入端，計(jì)算機(jī)每個(gè)一個(gè)固定的時(shí)間間隔讀取計(jì)數(shù)器數(shù)值，減去上次讀取的數(shù)值，可得到一個(gè)采樣周期內(nèi)伺服電機(jī)轉(zhuǎn)過的圈數(shù)，結(jié)合傳動比，得到下壓板在一個(gè)采樣周期內(nèi)的移動量，再考慮在這個(gè)采樣周期的轉(zhuǎn)動方向，可得到該移動量的正負(fù)，將各采樣周期的移動量相累加，便可以得到各時(shí)間點(diǎn)處的變形量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：恒溫箱溫度控制系統(tǒng)由熱電偶溫度傳感器、智能溫控儀、電熱盤、固態(tài)繼電器組成，溫控儀采用自校正PID控制算法，其控制輸出是周期固定為0.5s的PWM信號，脈沖寬度與控制算法的輸出成正比；該P(yáng)WM信號控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通/關(guān)斷，高電平時(shí)，固態(tài)繼電器導(dǎo)通，低電平時(shí)，固態(tài)繼電器關(guān)斷。智能溫控儀同時(shí)測量試樣底部溫度和試樣中部溫度，各溫度信號通過串口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，以獲取相應(yīng)的溫升信息。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：使用微動開關(guān)提供下壓板的高限位信號、低限位信號和試驗(yàn)機(jī)臺門關(guān)閉信號，利用霍爾傳感器產(chǎn)生上壓板最高點(diǎn)信號；同時(shí)該信號通過PCL-1716數(shù)據(jù)采集卡的DI端口輸入到計(jì)算機(jī)，在系統(tǒng)運(yùn)行人機(jī)界面上給出提示信息。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮生熱試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于：上壓板最高點(diǎn)信號分成兩路，一路直接經(jīng)PCL-1716的DI口送入計(jì)算機(jī)，供控制程序判斷水平、靜壓、預(yù)壓、測試等操作如是否可以進(jìn)行；另一路用于在周期性壓縮過程中，計(jì)算壓縮次數(shù)；在周期性壓縮過程中，該信號是周期性窄脈沖，利用D觸發(fā)器將其整形為頻率減小一半的方波信號，控制程序在檢測到上升沿或下降沿時(shí)，壓縮次數(shù)增加1次。