測試和控制系統(tǒng)
1 總則
測試系統(tǒng)及控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖見圖3。系統(tǒng)使用了兩個壓力傳感器對試件壓力進(jìn)行測量,雖然工作時僅要求一個壓力傳感器,但使用兩個壓力傳感器時,可通過兩個壓力傳感器的數(shù)據(jù)對比,去掉無效的脈沖循環(huán)。壓力傳感器可以將激勵和放大器等部件集成在內(nèi)部,也可使用分散并互連的功能部件。
在圖3的布局中,包括有數(shù)據(jù)采集、用戶接口、試驗(yàn)控制、試驗(yàn)配置管理、油源控制和伺服閥控制等功能模塊,在該布局中,功能實(shí)體是以獨(dú)立的方塊和一些相互連接的方塊組一起給出,在實(shí)際中,這些功能實(shí)體可以是分開的,也可集成到一個系統(tǒng)中去。這個系統(tǒng)可能完全由模擬電子電路構(gòu)成,或由與模擬電路功能相同的附帶軟件的數(shù)字電路組成。
2伺服控制器
2.1總體設(shè)計(jì)
對于壓力控制,一般采用比例控制的伺服閥控制器,也可采用誤差積分、超前一滯后或其他補(bǔ)償?shù)瓤刂品椒?。系統(tǒng)也可使用計(jì)算機(jī)平臺及軟件作為控制器,這樣系統(tǒng)的開放性、可擴(kuò)展性將得到進(jìn)一步的提高。目前的液壓脈沖試驗(yàn)臺多采用此方式,同時將試驗(yàn)控制器集成在一起。
2.2帶寬
伺服控制器應(yīng)有足夠的帶寬來實(shí)現(xiàn)和控制脈沖試驗(yàn)所要求的上升速率和頻率。非實(shí)時操作系統(tǒng)有大于10ms的間歇性停頓,會引起瞬間的壓力失控,從而觸發(fā)故障保護(hù)電路或損壞試件。因此模擬控制器或數(shù)字控制器最小帶寬一般為10001z,以保證響應(yīng)輸出達(dá)到500Hz且相對平穩(wěn),同時確保控制器引起的閉環(huán)控制相位滯后不應(yīng)超過1ms.
2.3 控制器可調(diào)節(jié)參數(shù)
控制器應(yīng)有至少三個可調(diào)節(jié)參數(shù):幅度、設(shè)定點(diǎn)和增益。幅度用于調(diào)節(jié)輸入控制指令的幅值,設(shè)定點(diǎn)決定了控制指令的零偏,而增益則指比例系數(shù)的設(shè)定值
另外還有一個獨(dú)立的調(diào)節(jié)參數(shù),稱為閩平衡,通過調(diào)節(jié)該參數(shù)使設(shè)定點(diǎn)與實(shí)際的壓力反饋信號基本一致。
2.4高級控制策略
一般不采用高級控制策略,在特殊的條件下,使用高級控制策略有很多優(yōu)點(diǎn)。例如,在油液和被試件的溫度變化顯著且無人看管的試驗(yàn)場合,可使用誤差積分、自適應(yīng)控制或變增益控制等控制策略。
2.5故障保護(hù)
控制器應(yīng)具有故障保護(hù)功能,以防在出現(xiàn)故障時保護(hù)試驗(yàn)設(shè)備和操作人員。主要故障保護(hù)功能包括油箱低油位保護(hù)、系統(tǒng)超壓保護(hù)、泄漏保護(hù)等。
試驗(yàn)過程中,如果系統(tǒng)自動地對波形參數(shù)進(jìn)行判定,以確保波形處于允許區(qū)域內(nèi)時,系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成只對正確的波形周期進(jìn)行計(jì)數(shù),當(dāng)任何一個參數(shù)超差時,系統(tǒng)應(yīng)自動停止,設(shè)置的允許誤差區(qū)域應(yīng)小于規(guī)定的范圍,相對于測量的不確定性,應(yīng)能保證試驗(yàn)?zāi)軡M足規(guī)范的要求.
4.3壓力傳感器、放大器及激勵
4.3.1—般要求
試驗(yàn)過程中,系統(tǒng)應(yīng)配備兩個壓力傳感器,以便能對測量結(jié)果進(jìn)行對比,通過人工或計(jì)算機(jī)自動地對變送器測量結(jié)果進(jìn)行比較以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性
4.3.2帶有放大器和激勵的壓力變送器
放大器與傳感器集成在一起,可使變送器具有更長的疲勞壽命:電子模塊集成在壓力變送器內(nèi),可降低其引起的共模干擾信號的敏感度。
帶放大器等電子模塊的變送器,通常其精度要遠(yuǎn)低于帶高質(zhì)量儀表放大器和信號調(diào)理器的分立變送器:帶放大器和濾波器的變送器,其濾波器通常是不能調(diào)節(jié)的。
在試驗(yàn)過程中,變送器常承受過度的振動,應(yīng)對傳感器的振動等級進(jìn)行評估。
4.3.3外部傳感器激勵
不帶集成放大器同時能對靜態(tài)壓力進(jìn)行測量的壓力傳感器,應(yīng)通過輸入一個外部電壓來建立測量過程,這類壓力傳感器一般采用惠斯頓電橋應(yīng)變片結(jié)構(gòu),這種“電橋”類傳感器應(yīng)具有可調(diào)的、高精度的激勵電壓。
4.3.4外部傳感器放大器
傳感器外置放大器應(yīng)具有較高的穩(wěn)定性和精度,具有差分高阻抗輸入和較好的共模抑制比,低噪聲和較高的增益精度和穩(wěn)定性,應(yīng)定期地對影響傳感器精度的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,以保證傳感器在有效使用期內(nèi)。
4.4 AD轉(zhuǎn)換
數(shù)字伺服控制器中,應(yīng)使用A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬壓力信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式, AD轉(zhuǎn)換器應(yīng)具備抗混疊濾波器。
4.5 計(jì)算機(jī)控制程序
使用模擬控制器和 波形發(fā)生器時,可以不使用計(jì)算機(jī)而能產(chǎn)生壓力波形信號,但是,為液壓脈沖標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)而設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序應(yīng)能提供試驗(yàn)控制功能,這種具備保護(hù)限制和運(yùn)行冗余的試驗(yàn)控制功能可使試驗(yàn)在無人控制時自動運(yùn)行。如果計(jì)算機(jī)程序功能包括閉環(huán)控制功能,應(yīng)具有“實(shí)時操作系統(tǒng)”,以保證液壓脈沖壓力試驗(yàn)的響應(yīng)時間。
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