本發(fā)明涉及一種控制方法，具體涉及一種液壓加載試驗(yàn)機(jī)起始載荷域柔順加載控制方法，屬于智能控制技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

材料可承載負(fù)荷強(qiáng)度是材料性能評(píng)估與材料力學(xué)測(cè)試的一項(xiàng)重要參數(shù)，直接關(guān)系到材料的力學(xué)結(jié)構(gòu)性能。軍工行業(yè)中，有些功能材料既作為戰(zhàn)斗部的高能部件，又作為武器系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)件，其力學(xué)性能直接關(guān)系到武器系統(tǒng)的可靠性與安全性?，F(xiàn)有的材料力學(xué)負(fù)載強(qiáng)度測(cè)量一般借用材料試驗(yàn)機(jī)，工業(yè)上一般以電子伺服式材料試驗(yàn)機(jī)為主。電子式材料試驗(yàn)機(jī)具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可進(jìn)行位移控制、運(yùn)行過程干凈、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但加載載荷力小、載荷力控制精度差。相比于電子伺服式材料試驗(yàn)機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)型加載機(jī)具備加載力大、加載精度高、加載過程柔順性好等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于大噸位加載力、精確控制加載、防爆安全等需求。一種新型材料需評(píng)價(jià)材料的承載負(fù)荷強(qiáng)度，高精度測(cè)量到材料的斷裂載荷，且要求整個(gè)加載卸載過程柔順。調(diào)研現(xiàn)有的進(jìn)口型或者國(guó)產(chǎn)型的材料試驗(yàn)機(jī)，均存在噸位較低、無法達(dá)到500kn當(dāng)量的材料試驗(yàn)要求，控制精度低、無法實(shí)現(xiàn)全載荷域的柔順加載，而且不具備材料斷裂檢測(cè)功能與斷裂后安全處理功能。

為此，為滿足新型材料的力學(xué)性能評(píng)估，在調(diào)研現(xiàn)有材料加載裝置的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算仿真分析、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)化設(shè)計(jì)、液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算與設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)與軟件設(shè)計(jì)等方面的聯(lián)合攻關(guān)，創(chuàng)新研制了一臺(tái)多功能、大載荷、高精度加載裝置。一般工業(yè)應(yīng)用的液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)要求液壓系統(tǒng)動(dòng)作快、壓力控制精度不高，而材料強(qiáng)度測(cè)試設(shè)備卻要求加載過程慢、全過程柔順加載，現(xiàn)有技術(shù)無法應(yīng)用到該試驗(yàn)機(jī)研制。由于比例閥溢流閥元件的非線性，只在中間具備近似線性特性而在兩端存在死區(qū)，加載段準(zhǔn)線性控制方法在加載起始段存在載荷突跳上升到20kn的問題，需發(fā)明一種過程柔順、速度可控的起始加載段控制方法，實(shí)現(xiàn)加載過程的精確控制，滿足材料強(qiáng)度精確測(cè)量的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種液壓驅(qū)動(dòng)加載試驗(yàn)機(jī)的加載起始段的柔順控制方法，目的是解決加載起始段載荷突跳、不連續(xù)的問題，實(shí)現(xiàn)起始加載過程連續(xù)、速度可控，滿足材料承載負(fù)荷測(cè)量對(duì)全載荷域加載過程柔順控制的要求。

對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，可以明確知曉的是，為了順利實(shí)施本發(fā)明，需要至少具備如下技術(shù)條件：

首先，需要能夠用于本發(fā)明的液壓加載試驗(yàn)機(jī)的材料加載裝置，該材料加載裝置必然包括液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，此外，該材料加載裝置至少應(yīng)包括：

1.電液比例溢流閥或者帶有電液比例溢流閥的變量泵，要求：

1)電液比例溢流閥滿足系統(tǒng)最高載荷要求，可按照控制信號(hào)準(zhǔn)線性控制液壓力；

2)電液比例溢流閥并聯(lián)在高壓介質(zhì)油回路上。

2.電液比例流量閥，要求：

1)電液比例流量閥滿足負(fù)荷最慢加載要求，滿足高壓泵驅(qū)動(dòng)回路的位移速度控制需求，控制信號(hào)與流量具備單調(diào)性；

2)電液比例流量閥串聯(lián)在高壓介質(zhì)油回路上。

3.高壓泵、高壓油管、電液換向閥等液壓系統(tǒng)附件，要求：

電液換向閥具備打開或者關(guān)閉高壓油路的功能，高壓油管滿足系統(tǒng)最高壓力要求，電液換向閥等液壓附件滿足液壓系統(tǒng)的基本功能需求。

4.油缸，要求：

油缸具備線性輸出載荷功能，油缸缸徑尺寸需與輸出最大載荷匹配，油缸的介質(zhì)油壓強(qiáng)與加載力具備線性關(guān)系。

其次，還需要有一個(gè)控制與檢測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，該硬件平臺(tái)至少應(yīng)包括：

1)控制程序運(yùn)行處理器，要求：該處理器可進(jìn)行匯編語言、c語言、梯形圖等一種常見計(jì)算機(jī)語言編程，滿足運(yùn)行控制算法編程需求，滿足算法運(yùn)行對(duì)運(yùn)行速度的要求；

2)斷路器、接觸器、空氣開關(guān)、按鈕操作箱等電氣系統(tǒng)配件，要求：該配件組建的回路可滿足高壓泵安全可靠啟動(dòng)與停止的要求；

3)負(fù)荷測(cè)量傳感器，要求：該傳感器測(cè)量量程不低于系統(tǒng)最高壓力范圍，測(cè)量精度不低于材料力學(xué)性能檢測(cè)最低精度；

4)控制軟件編程機(jī)與操作平臺(tái)或軟件，要求：可開展控制算法編程，操作平臺(tái)或軟件可按需修正控制算法中的控制參數(shù)。

在前述條件的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供了一種液壓加載試驗(yàn)機(jī)的起始加載段載荷柔性加載控制方法，包括：加載起始安全位移點(diǎn)確定方法、起始段載荷區(qū)域計(jì)算方法、起始段區(qū)域的比例溢流閥典型值計(jì)算方法、起始段區(qū)域的比例流量閥典型值計(jì)算方法、起始段位移-加載力復(fù)合控制方法以及起始段-準(zhǔn)線性加載段柔順切換控制方法。

更進(jìn)一步的方案是：

1)加載起始安全位移點(diǎn)確定方法，具體為：

a)調(diào)整快速位移速度到合適水平；

b)實(shí)驗(yàn)前，測(cè)量承壓材料頂端的位移值h1，設(shè)置距離承壓材料位移安全位移，設(shè)為h2，目標(biāo)安全位移點(diǎn)為h3；

h3＝h1-h2

c)軟件上設(shè)置快速位移目標(biāo)位移點(diǎn)；

d)啟動(dòng)快速位移運(yùn)動(dòng)過程，當(dāng)?shù)竭_(dá)快速位移目標(biāo)位移點(diǎn)時(shí)，快速位移停止。

2)起始段載荷區(qū)域計(jì)算方法，要求：

a)液壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行快速位移運(yùn)動(dòng)，測(cè)量沖頭與承壓件接觸瞬間的載荷值；

b)測(cè)量三次，取其平均值f1，低于f1壓力段為起始段載荷區(qū)域。

3)起始段區(qū)域的比例溢流閥典型值計(jì)算方法，具體為：

a)研究比例溢流閥的壓力特性曲線，固定比例流量閥開度值bl0，實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到f1時(shí)比例溢流閥的最小開度by1；

b)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一個(gè)較低值by0，進(jìn)行一次加載實(shí)驗(yàn)，若接觸后壓力遠(yuǎn)超過f1，則降低by0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

c)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍超過f1，則降低by1重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到接觸力剛打到f1，此時(shí)對(duì)應(yīng)比例溢流閥開度為起始域比例溢流閥開度典型值by1。

4)起始段區(qū)域的比例流量閥典型值計(jì)算方法，具體為：

a)研究比例溢流閥的流量特性曲線，固定比例溢流閥開度值by1，加載實(shí)驗(yàn)中能可控達(dá)到f1值的比例流量閥開度、且加載過程中空程位移速度滿足要求，即為比例流量閥的典型開度；

b)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一個(gè)較低值bl0，進(jìn)行一次加載實(shí)驗(yàn)，若接觸后壓力瞬間達(dá)到f1，則降低bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

c)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍瞬間達(dá)到f1，則降低bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到加載過程柔順加載到f1時(shí)；

d)若接觸后，壓力不變或者加載速度過慢，則提高bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

e)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍不變或者力加載速度過慢，則提高bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到加載過程柔順加載到f1時(shí)的比例流量閥開度為慢速加載比例流量閥開度特征值bl1；

f)設(shè)置慢速位移過程中比例流量閥開度bl2(初值為bl1)、比例溢流閥開度by1，進(jìn)行慢速位移實(shí)驗(yàn)，若慢速位移太慢，則適當(dāng)提高bl2；其中，由于比例流量閥的非線性特點(diǎn)，bl2不應(yīng)比bl1大很多。

5)起始段位移-加載力復(fù)合控制方法，具體為：

a)設(shè)置比例溢流閥起始段開度值by1，比例流量閥位移控制開度bl1，比例流量閥加載力控制開度bl2，起始段加載終止載荷f1；

b)加載過程啟動(dòng)，系統(tǒng)按照bl1設(shè)置的流量進(jìn)行慢速位移控制；

c)當(dāng)檢測(cè)到加載力有2kn的變化時(shí)，系統(tǒng)按照bl2設(shè)置的流量進(jìn)行慢速加載控制；

d)加載到f1，起始區(qū)域加載過程結(jié)束。

6)起始段-準(zhǔn)線性加載段的柔順切換控制方法，具體為：

a)實(shí)驗(yàn)確定準(zhǔn)線性加載過程中比例流量閥典型值bl3；

b)當(dāng)加載到f1，起始段加載過程結(jié)束；

c)將bl1作為比例溢流閥初值，按照線性加載過程確定的溢流閥段距值，實(shí)時(shí)更新比例溢流閥開度值；

d)設(shè)置比例流量閥開度為bl3。

通過本發(fā)明，提供了一種液壓加載試驗(yàn)機(jī)的起始載荷柔順控制方法，解決了全載荷域加載過程中起始段跳躍、臺(tái)階加載的問題，滿足實(shí)驗(yàn)室或者工業(yè)科研生產(chǎn)對(duì)載荷精確加載的需求。本發(fā)明的起始段載荷柔順控制方法已經(jīng)在實(shí)際工作中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了加載起始段的柔順控制，滿足了材料可負(fù)荷加載力測(cè)量與其他力學(xué)性能評(píng)估對(duì)大噸位、精密型試驗(yàn)機(jī)的要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體流程示意圖。

圖2為液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)易原理圖。

圖3為加載起始安全位移點(diǎn)確定方法流程圖。

圖4為起始段區(qū)域的比例溢流閥與比例流量閥典型值計(jì)算方法流程圖。

圖5為起始段-準(zhǔn)線性加載段柔順切換控制方法控制流程圖。

圖6為起始段-準(zhǔn)線性加載段柔順切換控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如附圖1-6所示，一種液壓加載試驗(yàn)機(jī)的起始加載段載荷柔性加載控制方法，包括：加載起始安全位移點(diǎn)確定方法、起始段載荷區(qū)域計(jì)算方法、起始段區(qū)域的比例溢流閥典型值計(jì)算方法、起始段區(qū)域的比例流量閥典型值計(jì)算方法、起始段位移-加載力復(fù)合控制方法以及起始段-準(zhǔn)線性加載段柔順切換控制方法。

更進(jìn)一步的方案是：

1)加載起始安全位移點(diǎn)確定方法，具體為：

a)調(diào)整快速位移速度到合適水平；

b)實(shí)驗(yàn)前，測(cè)量承壓材料頂端的位移值h1，設(shè)置距離承壓材料位移安全位移，設(shè)為h2，目標(biāo)安全位移點(diǎn)為h3；

h3＝h1-h2

c)軟件上設(shè)置快速位移目標(biāo)位移點(diǎn)；

d)啟動(dòng)快速位移運(yùn)動(dòng)過程，當(dāng)?shù)竭_(dá)快速位移目標(biāo)位移點(diǎn)時(shí)，快速位移停止。

2)起始段載荷區(qū)域計(jì)算方法，要求：

a)液壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行快速位移運(yùn)動(dòng)，測(cè)量沖頭與承壓件接觸瞬間的載荷值；

b)測(cè)量三次，取其平均值f1，低于f1壓力段為起始段載荷區(qū)域。

3)起始段區(qū)域的比例溢流閥典型值計(jì)算方法，具體為：

a)研究比例溢流閥的壓力特性曲線，固定比例流量閥開度值bl0，實(shí)驗(yàn)?zāi)苓_(dá)到f1時(shí)比例溢流閥的最小開度by1；

b)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一個(gè)較低值by0，進(jìn)行一次加載實(shí)驗(yàn)，若接觸后壓力遠(yuǎn)超過f1，則降低by0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

c)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍超過f1，則降低by1重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到接觸力剛打到f1，此時(shí)對(duì)應(yīng)比例溢流閥開度為起始域比例溢流閥開度典型值by1。

4)起始段區(qū)域的比例流量閥典型值計(jì)算方法，具體為：

a)研究比例溢流閥的流量特性曲線，固定比例溢流閥開度值by1，加載實(shí)驗(yàn)中能可控達(dá)到f1值的比例流量閥開度、且加載過程中空程位移速度滿足要求，即為比例流量閥的典型開度；

b)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取一個(gè)較低值bl0，進(jìn)行一次加載實(shí)驗(yàn)，若接觸后壓力瞬間達(dá)到f1，則降低bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

c)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍瞬間達(dá)到f1，則降低bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到加載過程柔順加載到f1時(shí)；

d)若接觸后，壓力不變或者加載速度過慢，則提高bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；

e)實(shí)驗(yàn)后，若接觸后壓力仍不變或者力加載速度過慢，則提高bl0，重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到加載過程柔順加載到f1時(shí)的比例流量閥開度為慢速加載比例流量閥開度特征值bl1；

f)設(shè)置慢速位移過程中比例流量閥開度bl2(初值為bl1)、比例溢流閥開度by1，進(jìn)行慢速位移實(shí)驗(yàn)，若慢速位移太慢，則適當(dāng)提高bl2；其中，由于比例流量閥的非線性特點(diǎn)，bl2不應(yīng)比bl1大很多。

5)起始段位移-加載力復(fù)合控制方法，具體為：

a)設(shè)置比例溢流閥起始段開度值by1，比例流量閥位移控制開度bl1，比例流量閥加載力控制開度bl2，起始段加載終止載荷f1；

b)加載過程啟動(dòng)，系統(tǒng)按照bl1設(shè)置的流量進(jìn)行慢速位移控制；

c)當(dāng)檢測(cè)到加載力有2kn的變化時(shí)，系統(tǒng)按照bl2設(shè)置的流量進(jìn)行慢速加載控制；

d)加載到f1，起始區(qū)域加載過程結(jié)束。

6)起始段-準(zhǔn)線性加載段的柔順切換控制方法，具體為：

a)實(shí)驗(yàn)確定準(zhǔn)線性加載過程中比例流量閥典型值bl3；

b)當(dāng)加載到f1，起始段加載過程結(jié)束；

c)將bl1作為比例溢流閥初值，按照線性加載過程確定的溢流閥段距值，實(shí)時(shí)更新比例溢流閥開度值；

d)設(shè)置比例流量閥開度為bl3。

盡管這里參照本發(fā)明的解釋性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)出很多其他的修改和實(shí)施方式，這些修改和實(shí)施方式將落在本申請(qǐng)公開的原則范圍和精神之內(nèi)。