动静万能试验机动态分析

　　0　引　言

　　电液伺服动静万能试验机集机、电、液等多项技术于一体,应用广泛。它既利用了液压系统功率的重量比高、负载刚度大及作用力大的特点,又充分发挥电气系统灵活、精度高的优势;既能进行动态的高周疲劳程序控制和低周疲劳试验,也能进行静态的恒变形速率、恒负载速率和各种常规的力学性能试验;还可以进行断裂力学试验。根据需要也可以进行部分的振动和冲击试验。这是其它形式的试验机所不能比拟的。然而据不完全统计,国内市场伺服阀式试验机自1987年开始生产至今,能正常使用的不足一半。因此,有必要对电液伺服控制动静万能试验机系列的典型机进行分析计算。

　　1　PWS-100型电液伺服动静万能试验机的结构、工作原理

　　如图1所示,信号发生器发出的控制信号与馈信号相比较,所得的偏差信号经伺服控制器处理以产生控制电流送给电液伺服阀的控制线圈,伺服阀的输出流量拖动伺服油缸的活塞运动,并经夹头将力传给试件。试件所受的力经负荷传感器检测并转换成电量,经过适当的放大处理后作为反馈信号与输入控制信号相比较,这就是负荷反馈控制回路。反馈信号还可以从夹持在试件上的引伸计或装在作动器上的位移传感器引出,分别构成变形反馈回路和位移反馈控制回路。根据试验的不同要求,可以选择三种反馈回路中的一种作为试验机的控制回路。为改善系统的静态和动态性能,可以通过伺服控制器的PID调节器对系统进行比例—微分—积分调节校正。运行结果可通过显示记录装置输出[1]。

　　2　控制系统数学模型的建立

　　(1)伺服放大器可以看作比例环节

　　(2)电液伺服阀可以看作二阶振荡环节

　　(3)阀控液压缸

　　线性化的伺服阀流量方程Ql(s)=Q0(s)-KcPl(s);

　　②液压缸的流量连续性方程

　　两式合并化简并令kcl=kc+Ct,

　　(4)位移传感器可以看作比例环节

　　(5)负荷传感器可以看作比例环节

　　(6)变形传感器可以看作比例环节

　　式中δ是夹式引伸计标距内试件的变形,它是活塞位移与上夹头位移之差(x1-x2)的一部分

　　设

　　则

　　画出系统方框图(如图2所示)。

　　将试验机具体参数代入,可以求得系统特性。试验机具体参数如下:

　　作动器参数:工作面积A=8·42×10-3m2;活塞可移动±0·05m;从电液伺服阀到油缸两腔的总容积Vt=9·42×10-4m3。伺服阀参数:阻尼率ξ=0·3;固有频率ω0=628rad/s;空载流量增益Kq=5·556×10-2m3/s·A。其他参数:供油压力21MPa;