气动力载荷闭环控制系统的制作方法

本实用新型属于静力试验技术领域，具体涉及一种气动力载荷闭环控制系统。

背景技术：

静力加载试验是考核结构部件是否满足强度设计要求的一种手段，大多数结构部件在其研发阶段都需要进行静力试验考核，从航空、航天、船舶领域到汽车、轨交行业再到小型家用电器生产企业，几乎所有的产品都需要进行结构强度考核。结构强度考核的主要目的是为了验证产品在其正常工作环境下是否会发生结构破坏等现象。目前市场上相对比较成熟的静力加载系统包括液压控制系统和机器人手臂加载控制系统。

液压控制系统主要实现高量级的静力载荷试验，其系统搭建涉及复杂的液压控制系统，一般应用在1-40T甚至更高的静力加载领域。机器人手臂加载控制系统可以实现小量级的静力载荷施加，但是机器人手臂加载控制系统一般是由多套伺服电机和相应的伺服控制系统来实现静力载荷控制，其成本相对较高，并且很难实现多通道协调静力加载。目前在汽车制造领域以及小型家电生产行业，有着大量的静力试验需求，且静力载荷量级都不大，一般在0-2000N以内，试验量级上不太适合使用液压加载系统，试验成本上机器人手臂加载系统又过于昂贵。所以当前迫切需要一套合适的静力载荷系统来满足这类型的小量级静力试验需求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对小量级静力加载试验领域没有合适加载控制系统的问题，提供一种能够精确控制载荷量级、搭建成本相对较低且可以实现多通道协调加载的气动力载荷闭环控制系统。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种气动力载荷闭环控制系统，它包括触控屏、集成控制器、输出控制模块和反馈控制模块；触控屏用于进行载荷参数的设置和动作的触发，与集成控制器通过数据线相连；集成控制器主要对反馈载荷与目标载荷进行比较，从而控制载荷输出信号；输出控制模块用于将集成控制器的输出控制信号转换为力载荷输出；反馈控制模块用于将被试件所受的力载荷转换为集成控制器可识别的反馈控制信号。

其中，所述的触控屏是根据需求选择的合适的触摸控制屏幕，可以通过数据线与集成控制器进行数据通信；触控屏配备有逻辑触控界面，用于控制参数的输入和动作的触发。

其中，所述的集成控制器是根据需求选择的合适的PLC控制器，集成控制器主要是对载荷输入、输出信号进行分析比较和控制；集成控制器的控制参数是通过触控屏初始化；集成控制器通过数据线与输出控制模块和反馈控制模块连接。

其中，所述的输出控制模块包括储气罐、比例阀和气压作动筒；储气罐为气压作动筒提供压力源，储气罐的压力气阀直接与比例阀连接；比例阀为输出控制模块的主要控制部件，比例阀与集成控制器通过数据线连接，比例阀接收集成控制器的输出控制信号，并按照设定的比例转化成一定气压输出给气压作动筒；气压作动筒用于对受试产品施加力载荷。

其中，所述的反馈控制模块包括力传感器和信号转换器；力传感用于监测作用在受试产品上力载荷，力传感器采集的力信号不能直接被集成控制器所识别，需要进行信号转换；信号转换器的作用就是将力传感器采集的力信号转换成集成控制器能够识别的电压信号，并反馈给集成控制器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本实用新型包括触控屏、集成控制器、输出控制模块和反馈控制模块。本实用新型提供了一种小量级静力加载试验系统，弥补了液压加载系统在小量级静力试验领域的不足之处，相比复杂的机器人手臂加载系统更加简单和廉价，同时可以实现快速的搭建和应用，对于多载荷协调加载需求也能很方便实现。

附图说明

图1是本实用新型的一种气动力载荷闭环控制系统的整体结构图；

图2是本实用新型的一种气动力载荷闭环控制系统的触控屏的参数控制界面图；

图3是本实用新型的一种气动力载荷闭环控制系统的集成控制器的控制原理图；

其中：1.触控屏，2.集成控制器，3.储气罐，4.比例阀，5.气压作动筒，6.压力传感器，7.信号转换器，8.受试产品，9.数据线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种气动力载荷闭环控制系统，它

包括

触控屏1、集成控制器2、输出控制模块和反馈控制模块；触控屏1用于进行载荷参数的设置和动作的触发，与集成控制器2通过数据线9相连；集成控制器2主要对反馈载荷与目标载荷进行比较，从而控制载荷输出信号；输出控制模块用于将集成控制器2的输出控制信号转换为力载荷输出；反馈控制模块用于将受试产品8所受的力载荷转换为集成控制器2可识别的反馈控制信号。

如图1所示，触控屏1是根据需求选择的合适的触摸控制屏幕，通过数据线9与集成控制器2进行数据通信；触控屏1配备有逻辑触控界面，用于控制参数的输入和动作的触发。

如图1、图2、图3所示，集成控制器2是根据需求选择的合适的PLC控制器，集成控制器2主要是对载荷输入、输出信号进行分析比较和控制；集成控制器2的控制参数是通过触控屏1初始化；集成控制器2通过数据线9与输出控制模块和反馈控制模块连接；集成控制器2逻辑处理过程可以描述成如下，集成控制器2被触发工作后，会按照设定的动作频率f循环对反馈控制模块的反馈信号进行采集，经过一定的分析和处理后再对输出控制模块进行输出控制；在一个具体的动作周期内，集成控制器2先通过模拟量采集口对反馈控制模块的反馈信号进行采集，这里采集的是0-10V电压信号，通过比例调节转换成对应的载荷的实际载荷F，这里的比例调节参数C1可以通过设备标定来确定，再将实际载荷F与目标载荷F0进行比较，如果实际载荷在允差范围内，允差参数C2可以根据具体情况设定，则输出信号维持不变，如果实际载荷超出了允差范围，则输出信号按照一定的比例增大或减小，比例调整系数C3可以根据具体情况设定，调整后的输出参数也是0-10V的电压信号，作为输出控制模块的输入参数。

如图1所示，输出控制模块包括储气罐3、比例阀4和气压作动筒5；储气罐3为气压作动筒5提供压力源，储气罐3的压力气阀直接与比例阀4连接；比例阀4为输出控制模块的主要控制部件，比例阀4与集成控制器2通过数据线9连接，比例阀4接收集成控制器2的输出控制信号，并按照设定的比例转化成一定气压输出给气压作动筒5；气压作动筒5用于对受试产品8施加力载荷。所述的储气罐3、比例阀4、气压作动筒5为现有装置，可从市场上购得。

如图1所示，反馈控制模块包括力传感器6和信号转换器7；力传感器6用于监测作用在受试产品8上力载荷，力传感器6采集的力信号不能直接被集成控制器2所识别，需要进行信号转换；信号转换器7的作用就是将力传感器6采集的力信号转换成集成控制器2能够识别的电压信号，并反馈给集成控制器2。所述的力传感器6、信号转换器7为现有装置，可从市场上购得。

试验过程中，先在触控屏1的参数控制界面输入控制参数，并点击启动按钮触发加载系统动作，集成控制器2就会进入循环控制状态，首先集成控制器2接受由信号转换器7已处理过的可识别信号，然后集成控制器2将所采集的信号与目标信号进行比较后调整输出信号，最后输出控制模块根据集成控制器2的输出信号进行载荷的调整，如此反复的循环最终保证受试产品8所受到的载荷稳定在目标载荷的允差范围内。

本实用新型包括触控屏1、集成控制器2、输出控制模块和反馈控制模块。本实用新型提供了一种小量级静力加载试验系统，弥补了液压加载系统在小量级静力试验领域的不足之处，相比复杂的机器人手臂加载系统更加简单和廉价，同时可以实现快速的搭建和应用，对于多载荷协调加载需求也能很方便实现。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。