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、試驗控制、試驗配置管理、油源控制和伺服閥控制等功能模塊,在該布局中,功能實體是以獨立的方塊和一些相互連接的方塊組一起給出,在實際中,這些功能實體可以是分開的,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
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償?shù)瓤刂品椒āＯ到y(tǒng)也可使用計算機平臺及軟件作為控制器,這樣系統(tǒng)的開放性、可擴展性將得到進一步的提高。目前的液壓脈沖試驗臺多采用此方式,同時將試驗控制器集成在一起。
2.2帶寬
伺服控制器應(yīng)有足夠的帶寬來實現(xiàn)和控制脈沖試驗所要求的上升速率和頻率。非實時操作系統(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)輸出達到500Hz且相對平穩(wěn),同時確?？刂破饕鸬拈]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)定點和增益。幅度用于調(diào)節(jié)輸入控制指令的幅值,設(shè)定點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)定點與實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。例如,在油液和被試件的溫度變化顯著且無人看管的試驗場合,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
控制器應(yīng)具有故障保護功能,以防在出現(xiàn)故障時保護試驗設(shè)備和操作人員。主要故障保護功能包括油箱低油位保護、系統(tǒng)超壓保護、泄漏保護等。
試驗過程中,如果系統(tǒng)自動地對波形參數(shù)進行判定,以確保波形處于允許區(qū)域內(nèi)時,系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計成只對正確的波形周期進行計數(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?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)果進行對比,通過人工或計算機自動地對變送器測量結(jié)果進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 計算機控制程序
使用模擬控制器和 波形發(fā)生器時,可以不使用計算機而能產(chǎn)生壓力波形信號,但是,為液壓脈沖標(biāo)準(zhǔn)試驗而設(shè)計的計算機程序應(yīng)能提供試驗控制功能,這種具備保護限制和運行冗余的試驗控制功能可使試驗在無人控制時自動運行。如果計算機程序功能包括閉環(huán)控制功能,應(yīng)具有“實時操作系統(tǒng)”,以保證液壓脈沖壓力試驗的響應(yīng)時間。
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