材料试验机液压控制系统CAD

　　以前，材料试验机的设计要经过先进行静态设计，然后对样机进行测试、改进和辅助动态设计，最后形成产品的过程。产品设计成本高，周期长，见效慢。本文介绍的MDDAS软件中的试验机工业窗口能在样机制造之前预测产品的动态性能，并能方便地改进系统设计。

　　1系统建模

　　试验机是一种典型的电液位置、力伺服控制系统(图1)。它由框架、液压缸、上下夹头、智能信号发生器、放大器、伺服阀、力传感器和位置传感器等主要部分组成。智能信号发生器产生与不同试样要求相符的指令信号，信号经放大器放大后推动伺服阀进行电液比例转换与放大，最后推动液压缸按指令要求做试件疲劳试验。

　　材料试验机有两个独立环路:一个位置环，一个力环。若液压缸的输出位移Y，经传递函数msZ+Bcs+G后变成负载力F，则两个环路可在一个方块图上表示(图2)。

　　2 CAD软件实现

　　MDDAS软件中的试验机工业窗口通过对各类试验机进行系统研究，分类建立了模型库，软件系统可根据实际要求进行自动建模与分析，通过求解系统的单位阶跃响应，观察系统超调量、调节时间等动态性能是否满足要求;通过求解系统频率特性，画出系统开环闭环Bode图，确定系统稳定性、稳定裕量、穿越频率、工作带宽频率等。将计算结果与所需性能指标相比较，若不能满足设计要求，则可提出对系统性能影响较大的主要因素，改变参数，继续求解，从而寻求参数和最佳取值范围，求得合理、理想的系统组成。

　　MDDAS软件流程图如图3所示。

　　3应用实例

　　MDDAS CAD软件在济南试验机厂获得应用。该厂设计的TPS-10电液伺服式弹簧疲劳试验机用力环反馈加载时，出现颤振，为此不得不用位置反馈代替力反馈来进行力的加载实验，使试验的精度受到影响。利用MDDAS对该系统进行了分析。该实验机系

　　框架结构参数由摩尔积分法求得，其框架立柱直径60mm，横梁长度600mm，横梁宽度170mm，立柱高1000mm，横梁厚度120mm，装液压缸处横梁厚度80mm，沉槽长度170mm。

　　计算机自动建立的数学模型为:

　　求解系统单位阶跃响应过渡过程曲线如图4所示。求解系统开环及闭环Bode图如图5所示。系统性能指标值:上升时间:0.175;调整时间:0.285;穿越频率:16.3rad/s;增益裕量:18.sdB;相位裕量:86.40。

　　经过系统的仿真可以得出，系统出现颤振的原因有两个:①智能信号发生器补偿措施不力，致使穿越频率太低;②框架刚度偏低。