一种用于轴系试验装置的控制系统及控制方法与流程

本发明属于船舶试验，具体涉及一种用于轴系试验装置的控制系统及控制方法，适用于提高轴系试验的加载精度。

背景技术：

1、轴系为连接船舶主机和推进器的、以传动轴为主的、由一整套设备组成的传动系统，在进行轴系试验时，需要控制系统控制试验装置动作，模拟轴系的旋转、受推力作用、受扭矩作用以及各作用之间叠加的状态，为了将轴系受到的推力和扭矩精确加载到某一预设值，传统的控制方法都是使用传感器反馈值做pid控制，但由于试验装置加载机构与测量机构之间距离很远，且中间轴系有变形，导致加载机构动作时，传感器测量的响应时间很长，使用传感器反馈值做pid控制很困难，且实际加载值与预设值的误差较大，加载精度较低。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种能够提高轴系试验加载精度的用于轴系试验装置的控制系统及控制方法。

2、为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种用于轴系试验装置的控制系统，所述控制系统包括操作面板、plc控制器、推力加载机构、测量机构，所述plc控制器包括输入模块、输出模块，所述推力加载机构包括推力加载油缸、推力加载比例阀，所述测量机构包括安装在推力加载油缸上的推力传感器，所述输入模块的信号输入端、信号输出端分别与操作面板的信号输出端、输出模块的信号输入端相连接，所述输出模块的信号输出端与推力加载油缸、推力加载比例阀的信号输入端相连接，所述推力传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接。

4、所述控制系统还包括扭矩加载机构，所述扭矩加载机构包括扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀，所述测量机构还包括安装在扭矩加载油缸上的扭矩传感器，所述输出模块的信号输出端还与扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀的信号输入端相连接，所述扭矩传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接。

5、所述控制系统还包括电机驱动机构，所述测量机构还包括安装在电机驱动机构上的转速传感器，所述输入模块的信号输出端还与电机驱动机构的信号输入端相连接，所述转速传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接。

6、所述操作面板包括机械输入组件、显示组件，所述机械输入组件的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接，所述显示组件的信号输入端与输出模块的信号输出端相连接。

7、所述机械式输入组件为手柄或旋钮，所述显示组件为触摸屏显示器。

8、一种基于用于轴系试验装置的控制系统的控制方法，所述控制方法包括推力加载控制，所述推力加载控制依次包括以下步骤：

9、a1、通过操作面板向输入模块输入推力加载目标值f，所述输出模块根据以下公式计算得到初始的推力加载控制指令，并将其发送至推力加载油缸和推力加载比例阀：

10、

11、上式中，i为初始推力加载控制指令，a1为推力加载初始系数，f为推力加载目标值，s1为推力加载油缸的活塞杆面积，p0为推力加载比例阀的初始压力，f1为推力加载比例阀的流量/电流比值，f2为推力加载比例阀的压力/流量比值，id为推力加载比例阀的控制电流死区；

12、a2、延时t1秒后推力加载油缸、推力加载比例阀均收到并根据收到的推力加载控制指令执行相应动作，然后推力传感器将实时监测到的推力实时反馈值fn发送至输入模块；

13、a3、所述输入模块接收到推力实时反馈值fn后计算推力加载目标值f与推力实时反馈值fn之间的差值△f，若△f大于预设的最大差值，则进入步骤a4，若△f小于或等于预设的最大差值，则判定推力加载已满足要求，结束推力加载控制；

14、a4、所述输入模块先控制推力加载控制指令增加，其增加值为a％*初始推力加载控制指令，再将增加后的推力加载控制指令发送至推力加载油缸和推力加载比例阀，返回步骤a2。

15、所述控制系统还包括扭矩加载机构，所述扭矩加载机构包括扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀，所述测量机构还包括安装在扭矩加载油缸上的扭矩传感器，所述输出模块的信号输出端还与扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀的信号输入端相连接，所述扭矩传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接；

16、所述控制方法还包括扭矩加载控制，所述扭矩加载控制依次包括以下步骤：

17、b1、通过操作面板向输入模块输入扭矩加载目标值f，所述输出模块根据以下公式计算得到初始的扭矩加载控制指令，并将其发送至扭矩加载油缸和扭矩加载比例阀：

18、

19、上式中，n为初始的扭矩加载控制指令，a2为扭矩加载初始系数，n为扭矩加载目标值，l为扭矩加载油缸力臂，s2为扭矩加载油缸的活塞杆面积，p0为扭矩加载比例阀的初始压力，f1为扭矩加载比例阀的流量/电流比值，f2为扭矩加载比例阀的压力/流量比值，id为扭矩加载比例阀的控制电流死区；

20、b2、延时t2秒后扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀均收到并根据收到的扭矩加载控制指令执行相应动作，然后扭矩传感器将实时监测到的扭矩实时反馈值nn发送至输入模块；

21、b3、所述输入模块接收到扭矩实时反馈值nn后计算扭矩加载目标值n与扭矩实时反馈值nn之间的差值△n，若△n大于预设的最大差值，则进入步骤b4，若△n小于或等于预设的最大差值，则判定扭矩加载已满足要求，结束扭矩加载控制；

22、b4、所述输入模块先控制扭矩加载控制指令增加，其增加值为b％*初始扭矩加载控制指令，再将增加后的扭矩加载控制指令发送至扭矩加载油缸和扭矩加载比例阀，返回步骤b2。

23、所述控制系统还包括电机驱动机构，所述测量机构还包括安装在电机驱动机构上的转速传感器，所述输入模块的信号输出端还与电机驱动机构的信号输入端相连接，所述转速传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接；

24、所述控制方法还包括转速控制，所述转速控制依次包括以下步骤：

25、c1、通过操作面板向输入模块输入转速目标值r，所述输出模块将转速目标值r发送至电机驱动机构，所述电机驱动机构根据转速目标值r执行相应动作；

26、c2、所述转速传感器将转速实时反馈值发送至输入模块，所述输入模块根据转速实时反馈值进行闭环控制。

27、所述步骤a4中a的取值为1；

28、所述步骤b4中b的取值为1。

29、步骤a3中，所述预设的最大差值为0.01*f；

30、步骤b3中，所述预设的最大差值为0.01*n。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

32、1、本发明一种用于轴系试验装置的控制系统包括操作面板、plc控制器、推力加载机构、测量机构，plc控制器包括输入模块、输出模块，推力加载机构包括推力加载油缸、推力加载比例阀，测量机构包括安装在推力加载油缸上的推力传感器，输入模块的信号输入端、信号输出端分别与操作面板的信号输出端、输出模块的信号输入端相连接，输出模块的信号输出端与推力加载油缸、推力加载比例阀的信号输入端相连接，推力传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接；该系统运行时，先操作操作面板输入推力加载目标值f，然后通过plc控制器根据输入的推力加载目标值f生成初始的推力加载控制指令，并将该初始的推力加载控制指令输出至给推力加载机构，推力加载机构根据初始的推力加载控制指令执行相关动作，动作后输入模块根据推力传感器的实时反馈值自动调整推力加载控制指令，直至将推力传感器的实时反馈值与扭矩加载目标值f之间的差值控制在合理范围内，通过该设计将推力实际加载值与目标值的误差控制在合理范围内，从而提高了推力加载精度，满足了试验需求。因此，本发明能够将推力实际加载值与目标值的误差控制在合理范围内，提高了推力加载精度。

33、2、本发明一种用于轴系试验装置的控制系统还包括扭矩加载机构，扭矩加载机构包括扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀，测量机构还包括安装在扭矩加载油缸上的扭矩传感器，输出模块的信号输出端还与扭矩加载油缸、扭矩加载比例阀的信号输入端相连接，扭矩传感器的信号输出端与输入模块的信号输入端相连接；运行时，先操作操作面板输入扭矩加载目标值f，然后通过plc控制器根据输入扭矩加载目标值f生成初始的扭矩加载控制指令，并将该初始的扭矩加载控制指令输出至给扭矩加载机构，扭矩加载机构根据初始的扭矩加载控制指令执行相关动作，动作后输入模块根据扭矩传感器的实时反馈值自动调整扭矩加载控制指令，直至将扭矩传感器的实时反馈值与扭矩加载目标值n之间的差值控制在合理范围内，通过该设计将扭矩实际加载值与目标值的误差控制在合理范围内，从而提高了扭矩加载精度，满足了试验需求。因此，本发明能够将扭矩实际加载值与目标值的误差控制在合理范围内，提高了扭矩加载精度。