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液压万能试验机控制系统的设计分析
发布时间:2013-05-09 22:08:51
新型的的液压万能试验机一般采用电液伺服控制系统或电液比例控制系统控制等速施加试验力,传感器测力,数字显示或同时用步进电机带动的度盘显示。液压万能试验机的核心是其控制系统部分,国内技术水平与国外相比还有较大的差距,具体表现在:
1、电液伺服系统成本高,对油液清洁度要求苛刻,定压系统能耗大;
2、数显式计算机没有参与控制而只作数据处理;
3、系统复杂、人机对话功能差;④调试周期长、难度大、可靠性低。
济南纳辰试验仪器有限公司试利用一种新型的设计方法——保质设计的设计思路,展开并进行液压万能试验机控制系统的设计,以达到设计出满足用户要求的液压万能试验机。保质设计的基本思想是:在产品设计阶段,运用现代先进的设计技术和工具,以实现用户需求驱动产品开发;综合考虑影响产品生命周期的众多因素:产品功能、所选材料、制造过程、可加工性、可装配性、可测试性和可靠性等,对该设计进行评价和优化;解决产品生产过程中所有可能产生的矛盾和冲突减少在生产过程中发现设计不合理需重新设计，重新生产而引起的反复次数;缩短产品的开发周期,降低成本,实现产品质量保证。
一、液压万能试验机控制系统的设计
1、控制系统的功能设计
对液压万能试验机国内外现状的综合分析,本文设计出的控制系统既能用于新的满足国家标准要求的液压万能试验机的开发,又能用于旧的万能试验机的改造,使其满足国家标准的要求。为此,提出如下质量要求:实现等速负荷控制,符合国标《GB228-87》的要求;整个系统成本低;整个系统可靠性高;!整个系统使用范围广。最终实现等速活塞行程控制、等速施加试验力、等速应变控制和等速应力-应变控制等四种控制模式。
2、控制系统的概念设计
根据功能设计提出的设计要求,首先设计了两种控制系统方案:电液伺服控制系统和电液比例控制系统。经QFD分析、评价与优化,最终确定采用电液比例控制系统方案。
具体实现方法是:控制系统的微机控制部分采用微机进行实验数据的采集、处理、显示及实时控制;应用数字滤波技术使采集所得的数据更加稳定可靠;用定时扫描显示方式显示试验力、峰值和活塞位移;控制算法为数字PID方法;采用PWM数控电液比例方向阀作为电液比例转换元件。
3、液压控制系统的设计
由于本文设计出的控制系统要既能用于新的液压万能试验机的开发,又能用于旧的万能试验机的改造,使其满足国标的要求,故采用电液比例方向阀和液压万能试验机与原液压系统并联后的液压系统。换向阀关闭时,系统处于手动控制方式,此时保持了原系列万能试验机的功能;换向阀打开后,将手动阀关闭,就可以通过弹簧试验机控制比例阀实现试验机的自动控制。
二、液压万能试验机控制系统的理论分析
液压万能试验机电液比例控制系统的电液比例方向阀用于控制静态试验机时,其上升时间与阀芯质量及弹簧刚度有关。
三、试验结果及分析
本控制系统在液压万能试验机上进行了试验,试验结果分析:
1、当比例阀的输出流量不变时,曲线相当于积分曲线。这是由于油缸活塞之间的泄漏随着系统压力的升高而增加,导致系统的加荷速度减小。
2、由于存在钳口滑移等因素的影响,试验开始阶段试验力的上升速度较缓慢。
3、整个试验过程,加荷速度保持恒定。
4、试验阶段的系统响应速度明显比开环时快,此后的等速应力控制段加荷速度保持恒定。
5、系统的开环试验结果表明本系统为Ⅰ型系统,证明了理论分析的正确性。
6、系统的闭环试验结果表明本文设计的控制系统可以稳定地实现系统的等速加载,满足了新国标对试验机的要求。
7、本系统的电液转换元件采用PWM数控电液比例方向阀,简化了液压系统结构,降低了成本和能耗,增强了系统抗干扰和耐污染的能力,系统稳定可靠。
8、用于改造旧液压万能试验机时,只需将比例阀部分与原系统并联,即可使其满足新国标对试验机的要求,故本控制系统使用范围广。
四、结束语
保质设计的核心是将质量保证提前到产品的设计阶段,把设计与质量保证集成为一体。本文根据保质设计思想建立了基于质量功能配置的保质设计实施过程模型,在此方法指导下,进行液压万能试验机控制系统的设计,取得了预期的结果。并对液压万能试验机控制系统进行了理论和试验分析。
1、电液伺服系统成本高,对油液清洁度要求苛刻,定压系统能耗大;
2、数显式计算机没有参与控制而只作数据处理;
3、系统复杂、人机对话功能差;④调试周期长、难度大、可靠性低。
济南纳辰试验仪器有限公司试利用一种新型的设计方法——保质设计的设计思路,展开并进行液压万能试验机控制系统的设计,以达到设计出满足用户要求的液压万能试验机。保质设计的基本思想是:在产品设计阶段,运用现代先进的设计技术和工具,以实现用户需求驱动产品开发;综合考虑影响产品生命周期的众多因素:产品功能、所选材料、制造过程、可加工性、可装配性、可测试性和可靠性等,对该设计进行评价和优化;解决产品生产过程中所有可能产生的矛盾和冲突减少在生产过程中发现设计不合理需重新设计，重新生产而引起的反复次数;缩短产品的开发周期,降低成本,实现产品质量保证。
一、液压万能试验机控制系统的设计
1、控制系统的功能设计
对液压万能试验机国内外现状的综合分析,本文设计出的控制系统既能用于新的满足国家标准要求的液压万能试验机的开发,又能用于旧的万能试验机的改造,使其满足国家标准的要求。为此,提出如下质量要求:实现等速负荷控制,符合国标《GB228-87》的要求;整个系统成本低;整个系统可靠性高;!整个系统使用范围广。最终实现等速活塞行程控制、等速施加试验力、等速应变控制和等速应力-应变控制等四种控制模式。
2、控制系统的概念设计
根据功能设计提出的设计要求,首先设计了两种控制系统方案:电液伺服控制系统和电液比例控制系统。经QFD分析、评价与优化,最终确定采用电液比例控制系统方案。
具体实现方法是:控制系统的微机控制部分采用微机进行实验数据的采集、处理、显示及实时控制;应用数字滤波技术使采集所得的数据更加稳定可靠;用定时扫描显示方式显示试验力、峰值和活塞位移;控制算法为数字PID方法;采用PWM数控电液比例方向阀作为电液比例转换元件。
3、液压控制系统的设计
由于本文设计出的控制系统要既能用于新的液压万能试验机的开发,又能用于旧的万能试验机的改造,使其满足国标的要求,故采用电液比例方向阀和液压万能试验机与原液压系统并联后的液压系统。换向阀关闭时,系统处于手动控制方式,此时保持了原系列万能试验机的功能;换向阀打开后,将手动阀关闭,就可以通过弹簧试验机控制比例阀实现试验机的自动控制。
二、液压万能试验机控制系统的理论分析
液压万能试验机电液比例控制系统的电液比例方向阀用于控制静态试验机时,其上升时间与阀芯质量及弹簧刚度有关。
三、试验结果及分析
本控制系统在液压万能试验机上进行了试验,试验结果分析:
1、当比例阀的输出流量不变时,曲线相当于积分曲线。这是由于油缸活塞之间的泄漏随着系统压力的升高而增加,导致系统的加荷速度减小。
2、由于存在钳口滑移等因素的影响,试验开始阶段试验力的上升速度较缓慢。
3、整个试验过程,加荷速度保持恒定。
4、试验阶段的系统响应速度明显比开环时快,此后的等速应力控制段加荷速度保持恒定。
5、系统的开环试验结果表明本系统为Ⅰ型系统,证明了理论分析的正确性。
6、系统的闭环试验结果表明本文设计的控制系统可以稳定地实现系统的等速加载,满足了新国标对试验机的要求。
7、本系统的电液转换元件采用PWM数控电液比例方向阀,简化了液压系统结构,降低了成本和能耗,增强了系统抗干扰和耐污染的能力,系统稳定可靠。
8、用于改造旧液压万能试验机时,只需将比例阀部分与原系统并联,即可使其满足新国标对试验机的要求,故本控制系统使用范围广。
四、结束语
保质设计的核心是将质量保证提前到产品的设计阶段,把设计与质量保证集成为一体。本文根据保质设计思想建立了基于质量功能配置的保质设计实施过程模型,在此方法指导下,进行液压万能试验机控制系统的设计,取得了预期的结果。并对液压万能试验机控制系统进行了理论和试验分析。
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