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基于通用硬件平台的液压万能材料试验机改造研究

作　者: 巫志文
导　师: 杨昌棋
学　校: 重庆大学
专　业: 工程力学
关键词: 试验机测控系统 PID控制系统控制软件
分类号: TH879
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 29次
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内容摘要

材料力学性能研究的进步,对材料力学性能实验提出了新的要求。G B/T228-2010标准要求试验机必须三闭环控制,大量老式液压试验机无法满足要求。目前众多的试验机改造方案多采用专控制器模块,改造后的试验机维修、升级以及软件扩充主动权全部被厂家掌控。随着计算机技术、控制技术和传感器技术的发展,通用硬件平台越来越强大、方便,为基于虚拟仪器技术的测量设备升级改造带来了很好的可行性。针对国内大量装备的WE-60型万能材料试验机,探索利用通用的硬件平台构成一套完整的液压万能试验机计算机自动测控系统,实现老旧试验机的现代化改造。改造后的系统能够实现三闭环自动控制、自动处理数据,提高控制和测量精度,满足国标的要求。这种基于通用的硬件平台的设备改造技术不仅可用于其它型号的液压试验机系统,也对类似设备的改造与维修提供新的思路。在对WE-60型60吨万能材料试验机结构组成、工作原理,特别是加载系统和测量系统进行分析研究的基础上,结合新的国家标准要求,对WE-60型万能材料试验机的测控系统的改造进行了系统硬件设计,分别对系统传感器及控制阀、数据采集系统、信号调理电路等硬件系统进行了详细的研究与选型。结合系统控制需求,研究了相关PID算法原理及其相关分类,探索了与模糊控制相结合的可行性,研究、设计了基于模糊PID控制算法的应用系统控制方案。根据系统硬件设计及系统控制设计,设计开发了系统控制软件,通过该控制软件,可以实现实时监控,曲线分析,自动化控制等功能。论文工作为老式的试验机进行自动化技术改造,以适应新时期需求,提供了有益的改造经验。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 课题来源及意义  8-9
  1.3 研究内容  9-12
2 液压试验机通用硬件平台搭建  12-38
  2.1 WE-60 型液压万能试验机工作原理  12-15
  2.2 系统硬件整体设计  15-20
    2.2.1 系统硬件构成  15-18
    2.2.2 系统测控组成及工作原理图  18-20
  2.3 系统测控硬件  20-31
    2.3.1 比例阀  20-24
    2.3.2 压力传感器  24-26
    2.3.3 位移传感器  26-28
    2.3.4 变形传感器  28-29
    2.3.5 数据采集卡  29-31
  2.4 调理电路及驱动  31-38
    2.4.1 传感器信号调理电路  32-34
    2.4.2 比例阀功率放大电路  34-38
3 液压万能材料试验机控制策略研究  38-52
  3.1 开环控制与闭环控制  38-39
  3.2 控制原理  39-42
    3.2.1 PID 控制  39-41
    3.2.2 PID 控制器的参数整定  41-42
  3.3 PID 算法种类  42-44
    3.3.1 位置式PID 控制算法  42-43
    3.3.2 增量式PID 控制算法  43
    3.3.3 数字PID 算法  43-44
  3.4 系统模糊PID 控制设计  44-52
    3.4.1 阀控电路的基本原理  44-45
    3.4.2 模糊控制、常规PID 控制局限性  45-46
    3.4.3 模糊PID 控制设计  46-52
4 液压万能材料试验机应用软件设计  52-72
  4.1 系统开发环境及开发工具  52
  4.2 软件系统设计  52-56
    4.2.1 系统软件的结构组成  52-54
    4.2.2 系统软件主流程图  54-56
  4.3 系统应用设计  56-66
    4.3.1 界面设计  56-57
    4.3.2 图形显示模块  57-60
    4.3.3 数据采集设计  60-63
    4.3.4 控制模块软件设计  63-66
  4.4 结果输出设计  66-68
  4.5 结果输出分析  68-72
5 结论和展望  72-74
致谢  74-76
参考文献  76-80
附录  80

基于通用硬件平台的液压万能材料试验机改造研究

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