专利名称：一种液压试验机加载速度控制装置及控制方法
技术领域：
本发明主要涉及液压试验机领域，尤其涉及一种液压试验机加载速度控制装置及控制方法。
背景技术：
目前，液压试验机控制技术特点是将液压技术、电气技术和计算机控制技术相集 合，使传统控制与计算机控制相结合，从而很大程度上提高了系统的控制精度、抗干扰性和稳定性。现今液压试验机系统多采用液压动力元件作为执行机构，根据负反馈原理通过输出跟踪给定信号的控制方法进行控制。这种方法能有效的控制压力的输出，但很难在控制压力的同时又控制压力的加载速度。国家标准TB-T 2331-2004《铁路桥梁盆式橡胶支座》中对液压试验机的压力加载速度做出了规定要求压力加载速度与加载压力需同时可控。有效的控制压力加载的速度，不仅能保证试验平稳的进行使得支座的测试质量更高，同时能有效的抑制超调，减少系统调整时间，使系统具有更好的性能。传统的控制方法多为单回路压力控制，很难实现加载速度与加载压力同时可控。
发明内容
鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的是，提供一种液压试验机加载速度控制装置及控制方法，使之具有实现加载速度与加载压力同时可控，从而改善过程的动态特性的特点。本发明的目的是通过如下的手段实现的。一种液压试验机加载速度控制装置，包括处理器、将压力传感器的模拟量转换为数字量的压力A/D转换模块、电磁阀控制模块、位于油缸顶部的压力传感器、电磁阀、伺服阀、伺服放大器、通信协议转换模块、串口接收模块、D/A转换模块；所述处理器分别与所述通信协议转换模块、电磁阀、D/A转换模块相连接；所述通信协议转换模块与所述压力A/D转换模块向连接，转换后的数字信号经过通信协议的转换经串口被处理器串口接收；所述压力A/D转换模块与所述压力传感器相连接；所述D/A转换模块与所述伺服放大器相连接；所述伺服放大器与所述伺服阀相连接；所述电磁阀控制液压系统与油缸之间油路的通断；所述处理器中设置PID调节模块，处理器根据采样回的压力值及采样时间计算出压力加载速度VF。本发明的目的还在于，在以上的运行装置上采用相应的控制方法，包含以下步骤I)、控制方法采用一个双闭环的PID控制模型，内环为压力上升速度闭环，外环为压力值闭环，从而达到在满足压力按需求输出的总体效果的同时还能控制压力达到预设值的稳定时间；2)、处理器将压力传感器反馈回来的压力与预设压力比较，计算出压力偏差AF;3)、处理器将压力偏差AF与某一预设值δ比较，当压力偏差AF大于预设值δ时，设定内环PID跟踪值为一设定值C ;当Λ F小于δ时，设定内环PID跟踪值为由C为起点，O为终点的斜坡函数值使得加载为速度逐渐较小为零的减速运动；4)、处理器将采集回来的压力值转换成压力加载速度值做为内环的反馈值，并与当前速度跟踪值比较，比较结果输入PID计算；5)、内环PID控制器输出值控制伺服阀开度，控制进油量从而控制压力及压力加载速度；6)、压力传感器将采集回来的压力值作为压力反馈与预设定压力比较形成压力闭环。采用本发明可有效地控制压力加载的速度，不仅能保证试验平稳的进行使得支座的测试质量更高，同时能有效的抑制超调，减少系统调整时间，使系统具有更好的性能。本发明串级控制在单回路控制系统的基础上，增加了一个内环回路，从而改善了过程的动态特性，提高了系统的控制质量及其工作效率，且可实现加载速度与加载压力同时可控。
图1是液压试验机装置的硬件结构连接图。图2是液压试验机控制方法的流程图。图3是液压试验机控制方法的仿真验证图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施对本发明作进一步描述。如图1所示一种液压试验机加载速度控制装置，其包括处理器、压力A/D转换模块、电磁阀控制模块、压力传感器、电磁阀、伺服阀、伺服放大器、通信协议转换模块、串口接收模块、D/A转换模块；所述处理器分别与所述通信协议转换模块、电磁阀、D/A转换模块相连接；所述通信协议转换模块与所述压力A/D转换模块向连接；所述压力A/D转换模块与所述压力传感器相连接；所述D/A转换模块与所述伺服放大器相连接；所述伺服放大器与所述伺服阀相连接；所述电磁阀控制液压系统与油缸之间油路的通断；所述处理器中设置PID调节模块。通过图1的装置实现制作试验机压力加载速度的控制，其包含以下步骤首先，压力传感器将当前压力数据传给压力A/D转换模块，由压力A/D转换模块将压力模拟量转换为数字量，然后数字信号经通信协议转换模块将485协议转换为232协议，由处理器串口接收当前压力数据。然后处理器根据读取当前压力反馈值，并将当前压力反馈值与设定值比较，计算得的压力偏差作为选取压力加载速度的依据，当压力偏差大于δ时，设定加载速度为一固定值C，试验机以一固定速度加载。当压力偏差小于δ时，加载速度逐渐从C开始降低直至降低为0，使压力做减加速运动，从而平缓逼近设定值。处理器由前一时刻压力值与当前速度值计算出当前加载速度，当前加载速度作为速度反馈经处理器PID对选定速度设定值进行跟踪，形成加载速度闭环，此过程中PID计算值作为伺服阀控制量，经伺服放大器输出控制伺服阀开度，最终影响加载压力。如图2所示的液压试验机控制框图，根据不同的情况设定固定的压力给定，安装在油缸上的压力传感器检测支座承受的压力，并和压力给定进行比较，作为选取压力加载速度的判断条件，处理器将当前加载速度作为速度反馈由PID调节器对选取的加载速度进行跟踪，完成加载速度闭环控制。以下详细说明本发明的液压试验机系统的加载速度的具体控制方法为1.每O. 01秒采样支座承受压力值。2.将当前压力反馈值与设定值比较，计算得的压力偏差作为选取压力加载速度的依据，当压力偏差大于δ时,设定加载速度为一固定值C,试验机以一固定速度加载。当压力偏差小于S时，加载速度逐渐从C开始降低直至降低为0，使压力做减加速运动，从而平缓逼近设定值。3.由当前压力值与前一时刻压力值计算出当前加载速度。当前加载速度作为速度反馈，经PID调节器及控制对象对设定加载速度进行速度跟踪，形成速度闭环。5. PID输出值经伺服放大器传入伺服阀，控制进油量从而控制压力。6.退出本次控制循环。如图3所示的液压试验机控制方法的仿真验证图显示，所述控制方法能较好控制试验机输出压力及压力加载速度；所述控制方法在压力接近设定值时能控制压力平缓接近设定值，不会出现超调等影响，使实验结果更精确。本发明通过将PID控制与串级控制相结合，实现了液压试验机加载压力与加载速度同时可控。整个过程实现简单，同时对传感器信号干扰不敏感，调节能力强。相比传统压力单闭环控制方法，本发明控制器适用性更强，对传感器干扰不敏感，既能满足压力按需求输出，同时还能控制压力加载的速度大小，能有效控制加载速度，提高了适应性和检测质量。
权利要求
1.一种液压试验机加载速度控制装置，其特征在于，包括处理器、将压力传感器的模拟量转换为数字量的压力A/D转换模块、电磁阀控制模块、位于油缸顶部的压力传感器、电磁阀、伺服阀、伺服放大器、通信协议转换模块、串口接收模块、D/A转换模块；所述处理器分别与所述通信协议转换模块、电磁阀、D/A转换模块相连接；所述通信协议转换模块与所述压力A/D转换模块向连接，转换后的数字信号经过通信协议的转换经串口被处理器串口接收；所述压力A/D转换模块与所述压力传感器相连接；所述D/A转换模块与所述伺服放大器相连接；所述伺服放大器与所述伺服阀相连接；所述电磁阀控制液压系统与油缸之间油路的通断；所述处理器中设置PID调节模块，处理器根据采样回的压力值及采样时间计算出压力加载速度VF。
2.液压试验机加载速度控制装置的控制方法，采用权利要求1所述液压试验机加载速度控制装置，其包含以下步骤 1)、控制方法采用一个双闭环的PID控制模型，内环为压力上升速度闭环，外环为压力值闭环，从而达到在满足压力按需求输出的总体效果的同时还能控制压力达到预设值的稳定时间； 2)、处理器将压力传感器反馈回来的压力与预设压力比较，计算出压力偏差AF; 3)、处理器将压力偏差AF与某一预设值8比较，当压力偏差A F大于预设值8时，设定内环PID跟踪值为一设定值C ;当A F小于5时，设定内环PID跟踪值为由C为起点，O为终点的斜坡函数值使得加载为速度逐渐较小为零的减速运动； 4)、处理器将采集回来的压力值转换成压力加载速度值做为内环的反馈值，并与当前速度跟踪值比较，比较结果输入PID计算； 5)、内环PID控制器输出值控制伺服阀开度，控制进油量从而控制压力及压力加载速度； 6)、压力传感器将采集回来的压力值作为压力反馈与预设定压力比较形成压力闭环。
全文摘要
本发明公开了一种液压试验机加载速度控制装置及控制方法，包括处理器、将压力传感器的模拟量转换为数字量的压力A/D转换模块、电磁阀控制模块、位于油缸顶部的压力传感器、电磁阀、伺服阀、伺服放大器、通信协议转换模块、串口接收模块、D/A转换模块构成本装置。本发明还提供一种液压试验机加载速度控制装置的控制方法。通双闭环控制，可使加载速度及加载压力同时可控。本发明的控制结构简单，操作可靠，能够有效控制加载速度，控制效果更好，进一步提高了液压试验机的测试质量。
文档编号F15B21/08GK103016464SQ201210484389
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者蒋启龙, 刘 东, 胡基士, 李小龙, 赵国明 申请人:西南交通大学