恒应力压力试验机的PWM型负载适应自动控制系统

　　1引言

　　液压压力试验机主要用来对材料进行抗压试验，以测定材料的抗压强度。由于在材料的抗压试验过程中，不同的加载速率对最终测得的结果有较大的误差，因此，国家标准要求在压力试验机上需要对加载速率进行控制。如在国家标准GB177一85中明确要求对水泥、沙在作抗压试验时，必须在试验过程中实行恒应力加载，而目前我国的压力试验机中，主要还是用手动控制加载、摆锤测力、度盘显示。如何实现恒应力加载，是材料力学性能实验技术适应现代科学技术发展的一个急需解决的问题。本文针对压力试验机控制的特点，在分析其闭环控制过程的基础上，设计了一种新型的PWM型负载适应型控制系统。

　　2系统构成

　　系统构成见图1，本系统主要由计算机、打印机、采样卡、精密压力传感器、高精度低温漂信号放大器、PWM型数字驱动器、油源、比例阀组及试验机主机等组成，系统的液压原理图见图2。

　　电磁换向阀C的作用是快速回油，手动阀组A不仅可以控制活塞的上升、下降，还为电液比例阀B提供一个稳定的压差，使电液比例节流阀变成比例调速阀，实现了手动控制与自动控制的并联。具体工作过程是:电机带动油泵旋转，油箱内的液压油经油泵加压后通过滤油器经手动阀内的压差阀后回油箱，为比例阀提供了一个稳定的压差。可通过操作手动控制阀A或比例阀B，控制进人油缸的流量来控制试验过程。

　　3系统功能特点

　　(l)从液压原理图可以看出，油源的压力将随着负载压力的上升而上升，是负载适应型液压系统，与伺服阀构成的定压系统有着本质的区别，这种系统具有能耗小、抗油污能力强、成本低等特点。

　　(2)系统具有手动/自动两种控制功能，在自动工况下检测到故障时，可切换到手动操作，增加了系统的容错性，提高了系统的可靠性。

　　(3)系统采用浙江大学流体传动及控制研究所研制的PWM型数字式电液比例阀作为系统的核心控制元件，系统具有结构简单、成本低、耐污染、抗干扰能力强等优点。

　　(4)数字驱动器采用PWM型脉宽调制方式，通过改变占空比的大小来改变阀的输出流量，以消除滑阀结构的阀的摩擦、滞环，提高比例阀的性能。

　　(5)数字比例阀采用变增益阀口，使得阀的电流—流量曲线是变增益的(近似指数曲线)，这样使得系统在空载上升时，大的电流输人对应大流量输出，活塞快速上升。系统在恒应力加载时，小的电流较好地控制微小流量输出。

　　4系统软件设计

　　压力试验机在刚开始工作时，油缸快速上升，在试样接触试验机上横梁时，系统开始恒应力加载，系统的控制软件框图见图3。