本發(fā)明屬于靜力試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

靜力加載試驗是考核結(jié)構(gòu)部件是否滿足強度設(shè)計要求的一種手段，大多數(shù)結(jié)構(gòu)部件在其研發(fā)階段都需要進行靜力試驗考核，從航空、航天、船舶領(lǐng)域到汽車、軌交行業(yè)再到小型家用電器生產(chǎn)企業(yè)，幾乎所有的產(chǎn)品都需要進行結(jié)構(gòu)強度考核。結(jié)構(gòu)強度考核的主要目的是為了驗證產(chǎn)品在其正常工作環(huán)境下是否會發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞等現(xiàn)象。目前市場上相對比較成熟的靜力加載系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)和機器人手臂加載控制系統(tǒng)。

液壓控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)高量級的靜力載荷試驗，其系統(tǒng)搭建涉及復雜的液壓控制系統(tǒng)，一般應用在1-40T甚至更高的靜力加載領(lǐng)域。機器人手臂加載控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)小量級的靜力載荷施加，但是機器人手臂加載控制系統(tǒng)一般是由多套伺服電機和相應的伺服控制系統(tǒng)來實現(xiàn)靜力載荷控制，其成本相對較高，并且很難實現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)靜力加載。目前在汽車制造領(lǐng)域以及小型家電生產(chǎn)行業(yè)，有著大量的靜力試驗需求，且靜力載荷量級都不大，一般在0-2000N以內(nèi)，試驗量級上不太適合使用液壓加載系統(tǒng)，試驗成本上機器人手臂加載系統(tǒng)又過于昂貴。所以當前迫切需要一套合適的靜力載荷系統(tǒng)來滿足這類型的小量級靜力試驗需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對小量級靜力加載試驗領(lǐng)域沒有合適加載控制系統(tǒng)的問題，提供一種能夠精確控制載荷量級、搭建成本相對較低且可以實現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)加載的氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括觸控屏、集成控制器、輸出控制模塊和反饋控制模塊；觸控屏用于進行載荷參數(shù)的設(shè)置和動作的觸發(fā)，與集成控制器通過數(shù)據(jù)線相連；集成控制器主要對反饋載荷與目標載荷進行比較，從而控制載荷輸出信號；輸出控制模塊用于將集成控制器的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為力載荷輸出；反饋控制模塊用于將被試件所受的力載荷轉(zhuǎn)換為集成控制器可識別的反饋控制信號。

其中，所述的觸控屏是根據(jù)需求選擇的合適的觸摸控制屏幕，可以通過數(shù)據(jù)線與集成控制器進行數(shù)據(jù)通信；觸控屏配備有邏輯觸控界面，用于控制參數(shù)的輸入和動作的觸發(fā)。

其中，所述的集成控制器是根據(jù)需求選擇的合適的PLC控制器，集成控制器主要是對載荷輸入、輸出信號進行分析比較和控制；集成控制器的控制參數(shù)是通過觸控屏初始化；集成控制器通過數(shù)據(jù)線與輸出控制模塊和反饋控制模塊連接；集成控制器邏輯處理過程可以描述成如下，集成控制器被觸發(fā)工作后，會按照設(shè)定的動作頻率f循環(huán)對反饋控制模塊的反饋信號進行采集，經(jīng)過一定的分析和處理后再對輸出控制模塊進行輸出控制；在一個具體的動作周期內(nèi)，集成控制器先通過模擬量采集口對反饋控制模塊的反饋信號進行采集，這里采集的是0-10V電壓信號，通過比例調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成對應的載荷的實際載荷F，這里的比例調(diào)節(jié)參數(shù)C1可以通過設(shè)備標定來確定，再將實際載荷F與目標載荷F0進行比較，如果實際載荷在允差范圍內(nèi)，允差參數(shù)C2可以根據(jù)具體情況設(shè)定，則輸出信號維持不變，如果實際載荷超出了允差范圍，則輸出信號按照一定的比例增大或減小，比例調(diào)整系數(shù)C3可以根據(jù)具體情況設(shè)定，調(diào)整后的輸出參數(shù)也是0-10V的電壓信號，作為輸出控制模塊的輸入?yún)?shù)。

其中，所述的輸出控制模塊包括儲氣罐、比例閥和氣壓作動筒；儲氣罐為氣壓作動筒提供壓力源，儲氣罐的壓力氣閥直接與比例閥連接；比例閥為輸出控制模塊的主要控制部件，比例閥與集成控制器通過數(shù)據(jù)線連接，比例閥接收集成控制器的輸出控制信號，并按照設(shè)定的比例轉(zhuǎn)化成一定氣壓輸出給氣壓作動筒；氣壓作動筒用于對受試產(chǎn)品施加力載荷。

其中，所述的反饋控制模塊包括力傳感器和信號轉(zhuǎn)換器；力傳感用于監(jiān)測作用在受試產(chǎn)品上力載荷，力傳感器采集的力信號不能直接被集成控制器所識別，需要進行信號轉(zhuǎn)換；信號轉(zhuǎn)換器的作用就是將力傳感器采集的力信號轉(zhuǎn)換成集成控制器能夠識別的電壓信號，并反饋給集成控制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為，本發(fā)明包括觸控屏、集成控制器、輸出控制模塊和反饋控制模塊。本發(fā)明提供了一種小量級靜力加載試驗系統(tǒng)，彌補了液壓加載系統(tǒng)在小量級靜力試驗領(lǐng)域的不足之處，相比復雜的機器人手臂加載系統(tǒng)更加簡單和廉價，同時可以實現(xiàn)快速的搭建和應用，對于多載荷協(xié)調(diào)加載需求也能很方便實現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的觸控屏的參數(shù)控制界面圖；

圖3是本發(fā)明的一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的集成控制器的控制原理圖；

其中：1.觸控屏，2.集成控制器，3.儲氣罐，4.比例閥，5.氣壓作動筒，6.壓力傳感器，7.信號轉(zhuǎn)換器，8.受試產(chǎn)品，9.數(shù)據(jù)線。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

應當說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，既包括某一部件與另一部件直接連接，也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤?。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個部件或者模塊或特征與其他部件或者模塊或特征的空間位置關(guān)系。應當理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造上方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之上”的部件或者模塊之后將被定位為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造下方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應解釋。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，本發(fā)明實施例提供了一種氣動力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括觸控屏1、集成控制器2、輸出控制模塊和反饋控制模塊；觸控屏1用于進行載荷參數(shù)的設(shè)置和動作的觸發(fā)，與集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9相連；集成控制器2主要對反饋載荷與目標載荷進行比較，從而控制載荷輸出信號；輸出控制模塊用于將集成控制器2的輸出控制信號轉(zhuǎn)換為力載荷輸出；反饋控制模塊用于將受試產(chǎn)品8所受的力載荷轉(zhuǎn)換為集成控制器2可識別的反饋控制信號。

如圖1所示，觸控屏1是根據(jù)需求選擇的合適的觸摸控制屏幕，通過數(shù)據(jù)線9與集成控制器2進行數(shù)據(jù)通信；觸控屏1配備有邏輯觸控界面，用于控制參數(shù)的輸入和動作的觸發(fā)。

如圖1、圖2、圖3所示，集成控制器2是根據(jù)需求選擇的合適的PLC控制器，集成控制器2主要是對載荷輸入、輸出信號進行分析比較和控制；集成控制器2的控制參數(shù)是通過觸控屏1初始化；集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9與輸出控制模塊和反饋控制模塊連接；集成控制器2邏輯處理過程可以描述成如下，集成控制器2被觸發(fā)工作后，會按照設(shè)定的動作頻率f循環(huán)對反饋控制模塊的反饋信號進行采集，經(jīng)過一定的分析和處理后再對輸出控制模塊進行輸出控制；在一個具體的動作周期內(nèi)，集成控制器2先通過模擬量采集口對反饋控制模塊的反饋信號進行采集，這里采集的是0-10V電壓信號，通過比例調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成對應的載荷的實際載荷F，這里的比例調(diào)節(jié)參數(shù)C1可以通過設(shè)備標定來確定，再將實際載荷F與目標載荷F0進行比較，如果實際載荷在允差范圍內(nèi)，允差參數(shù)C2可以根據(jù)具體情況設(shè)定，則輸出信號維持不變，如果實際載荷超出了允差范圍，則輸出信號按照一定的比例增大或減小，比例調(diào)整系數(shù)C3可以根據(jù)具體情況設(shè)定，調(diào)整后的輸出參數(shù)也是0-10V的電壓信號，作為輸出控制模塊的輸入?yún)?shù)。

如圖1所示，輸出控制模塊包括儲氣罐3、比例閥4和氣壓作動筒5；儲氣罐3為氣壓作動筒5提供壓力源，儲氣罐3的壓力氣閥直接與比例閥4連接；比例閥4為輸出控制模塊的主要控制部件，比例閥4與集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9連接，比例閥4接收集成控制器2的輸出控制信號，并按照設(shè)定的比例轉(zhuǎn)化成一定氣壓輸出給氣壓作動筒5；氣壓作動筒5用于對受試產(chǎn)品8施加力載荷。所述的儲氣罐3、比例閥4、氣壓作動筒5為現(xiàn)有裝置，可從市場上購得。

如圖1所示，反饋控制模塊包括力傳感器6和信號轉(zhuǎn)換器7；力傳感6用于監(jiān)測作用在受試產(chǎn)品8上力載荷，力傳感器6采集的力信號不能直接被集成控制器2所識別，需要進行信號轉(zhuǎn)換；信號轉(zhuǎn)換器7的作用就是將力傳感器6采集的力信號轉(zhuǎn)換成集成控制器2能夠識別的電壓信號，并反饋給集成控制器2。所述的力傳感器6、信號轉(zhuǎn)換器7為現(xiàn)有裝置，可從市場上購得。

試驗過程中，先在觸控屏1的參數(shù)控制界面輸入控制參數(shù)，并點擊啟動按鈕觸發(fā)加載系統(tǒng)動作，集成控制器2就會進入循環(huán)控制狀態(tài)，首先集成控制器2接受由信號轉(zhuǎn)換器7已處理過的可識別信號，然后集成控制器2將所采集的信號與目標信號進行比較后調(diào)整輸出信號，最后輸出控制模塊根據(jù)集成控制器2的輸出信號進行載荷的調(diào)整，如此反復的循環(huán)最終保證受試產(chǎn)品8所受到的載荷穩(wěn)定在目標載荷的允差范圍內(nèi)。

本發(fā)明包括觸控屏1、集成控制器2、輸出控制模塊和反饋控制模塊。本發(fā)明提供了一種小量級靜力加載試驗系統(tǒng)，彌補了液壓加載系統(tǒng)在小量級靜力試驗領(lǐng)域的不足之處，相比復雜的機器人手臂加載系統(tǒng)更加簡單和廉價，同時可以實現(xiàn)快速的搭建和應用，對于多載荷協(xié)調(diào)加載需求也能很方便實現(xiàn)。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。