分布式多通道疲劳加载试验系统的体系结构与控制方法研究

　　在机械产品的研制和生产过程中,对于产品中一些重要的尤其是大型复杂的关键零部件,在经过周密设计和加工完之后,为了保证其在使用过程中的安全和可靠性,通常需要让试件在模拟实际受力和承载状况下进行疲劳(破坏)试验,以便给出使用寿命。一般情况下,简单的单体试件只需要加载单一的载荷,如拉压、扭转等;而对于复杂的构件,例如飞机的整体破坏试验、汽车的整车载荷试验等,要求试验过程是复合多点加载,各载荷之间有一定的对应关系和变化规律。因此,要求疲劳加载试验系统必须能够完成多通道协调加载。

　　目前,国外试验机行业的一些知名公司,均已推出其代表性的数字控制疲劳试验系统,完成了模控技术向数控技术的转化,推出的控制系统实现了仪器虚拟、人工智能、组态模块以及网络连接等功能。但一般价格都比较昂贵,其安装调试和维护的费用也相当高。国内电液伺服疲劳试验机和国际水平还有差距,主要表现在:1)大多数疲劳试验机都是单机系统,难以实现多通道同时协调加载;2)试验台架是固定的,只能对一定尺寸或形状确定的试件进行疲劳试验,一旦试件的尺寸、形状改变,便不能进行试验;3)现有疲劳试验机的加载控制多采用经典的PID控制方法。尽管PID调节器具有简单,稳定性好,可靠性高等优点,但由于试验件的改变会导致系统参数改变,而系统参数改变后PID调节器的有效性将大大降低。

　　充分利用当代计算机技术,尤其是计算机控制技术的研究成果,研制数字控制疲劳试验设备,既可以提高当前国内疲劳加载试验的水平,也可满足各种复杂加载的需求。

　　本文针对某公司对产品研制生产中亟需解决的疲劳试验难题,在综合分析大量文献和现场试验的基础上,进行了计算机控制技术在电液伺服疲劳试验机上的应用研究,开发研制了实用性良好的计算机控制分布式多通道疲劳加载试验系统。

　　1　系统总体描述

　　分布式计算机控制系统一般为主从结构。上位机通常采用个人计算机,在Windows操作平台下,完成交互式的用户界面、数据处理与存储等功能,通过计算机网络或串行通信方式与下位机进行数据交换。下位机的型式多种多样,可采用工控机、PC104或单片机系统,主要完成高速数据采集,实现实时控制等。

　　本文所介绍的分布式多通道疲劳加载控制系统其结构(如图1所示)属于小型分布式控制系统,其中上位机为工业控制计算机,以Windows98为系统操作平台,采用VC++语言实现可视化用户接口界面;下位机为PC104嵌入式计算机,通过C语言编程实现疲劳试验加载系统要求的高速数据采集与实时闭环控制。