测试和控制系统
1 总则
测试系统及控制系统的总体结构框图见图3。系统使用了两个压力传感器对试件压力进行测量,虽然工作时仅要求一个压力传感器,但使用两个压力传感器时,可通过两个压力传感器的数据对比,去掉无效的脉冲循环。压力传感器可以将激励和放大器等部件集成在内部,也可使用分散并互连的功能部件。
在图3的布局中,包括有数据采集、用户接口、试验控制、试验配置管理、油源控制和伺服阀控制等功能模块,在该布局中,功能实体是以独立的方块和一些相互连接的方块组一起给出,在实际中,这些功能实体可以是分开的,也可集成到一个系统中去。这个系统可能完全由模拟电子电路构成,或由与模拟电路功能相同的附带软件的数字电路组成。
2伺服控制器
2.1总体设计
对于压力控制,一般采用比例控制的伺服阀控制器,也可采用误差积分、超前一滞后或其他补偿等控制方法。系统也可使用计算机平台及软件作为控制器,这样系统的开放性、可扩展性将得到进一步的提高。目前的液压脉冲试验台多采用此方式,同时将试验控制器集成在一起。
2.2带宽
伺服控制器应有足够的带宽来实现和控制脉冲试验所要求的上升速率和频率。非实时操作系统有大于10ms的间歇性停顿,会引起瞬间的压力失控,从而触发故障保护电路或损坏试件。因此模拟控制器或数字控制器最小带宽一般为10001z,以保证响应输出达到500Hz且相对平稳,同时确保控制器引起的闭环控制相位滞后不应超过1ms.
2.3 控制器可调节参数
控制器应有至少三个可调节参数:幅度、设定点和增益。幅度用于调节输入控制指令的幅值,设定点决定了控制指令的零偏,而增益则指比例系数的设定值
另外还有一个独立的调节参数,称为闽平衡,通过调节该参数使设定点与实际的压力反馈信号基本一致。
2.4高级控制策略
一般不采用高级控制策略,在特殊的条件下,使用高级控制策略有很多优点。例如,在油液和被试件的温度变化显著且无人看管的试验场合,可使用误差积分、自适应控制或变增益控制等控制策略。
2.5故障保护
控制器应具有故障保护功能,以防在出现故障时保护试验设备和操作人员。主要故障保护功能包括油箱低油位保护、系统超压保护、泄漏保护等。
试验过程中,如果系统自动地对波形参数进行判定,以确保波形处于允许区域内时,系统应设计成只对正确的波形周期进行计数,当任何一个参数超差时,系统应自动停止,设置的允许误差区域应小于规定的范围,相对于测量的不确定性,应能保证试验能满足规范的要求.
4.3压力传感器、放大器及激励
4.3.1—般要求
试验过程中,系统应配备两个压力传感器,以便能对测量结果进行对比,通过人工或计算机自动地对变送器测量结果进行比较以提高测量结果的准确性
4.3.2带有放大器和激励的压力变送器
放大器与传感器集成在一起,可使变送器具有更长的疲劳寿命:电子模块集成在压力变送器内,可降低其引起的共模干扰信号的敏感度。
带放大器等电子模块的变送器,通常其精度要远低于带高质量仪表放大器和信号调理器的分立变送器:带放大器和滤波器的变送器,其滤波器通常是不能调节的。
在试验过程中,变送器常承受过度的振动,应对传感器的振动等级进行评估。
4.3.3外部传感器激励
不带集成放大器同时能对静态压力进行测量的压力传感器,应通过输入一个外部电压来建立测量过程,这类压力传感器一般采用惠斯顿电桥应变片结构,这种“电桥”类传感器应具有可调的、高精度的激励电压。
4.3.4外部传感器放大器
传感器外置放大器应具有较高的稳定性和精度,具有差分高阻抗输入和较好的共模抑制比,低噪声和较高的增益精度和稳定性,应定期地对影响传感器精度的参数进行标定,以保证传感器在有效使用期内。
4.4 AD转换
数字伺服控制器中,应使用A/D模数转换器把模拟压力信号转换成数字形式, AD转换器应具备抗混叠滤波器。
4.5 计算机控制程序
使用模拟控制器和 波形发生器时,可以不使用计算机而能产生压力波形信号,但是,为液压脉冲标准试验而设计的计算机程序应能提供试验控制功能,这种具备保护限制和运行冗余的试验控制功能可使试验在无人控制时自动运行。如果计算机程序功能包括闭环控制功能,应具有“实时操作系统”,以保证液压脉冲压力试验的响应时间。
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