关键词：动态加载;;节能;;PID控制;;作动器
摘 要：由内燃机的工作原理得到启发,即将其反向使用,可构成电子机械式直线作动器。传统的曲柄滑块机构一经设计完毕,其振幅就已经确定,如果能够控制曲柄长度连续无级可调,就无需反复设计振幅大小,利用飞轮储能技术,在保证主动力源电机克服负载需要的前提下,基于这种思路的电子机械式直线作动器可以具有更好的实用性能和节能效果。用作疲劳试验机的电子机械式直线作动器,无需专门配置冷却系统,通过机器自身配置实现热平衡。本课题选用基于曲柄滑块机构振幅无级可调的机械式疲劳试验机的动态加载控制技术进行研究。1)首先建立了机械式动态加载控制技术的基本方案和结构方案,进行了以疲劳试验机为应用对象的总体方案设计,其中包括无级调幅控制系统、作动器动态加载控制系统。应控制系统功能要求,对总体方案设计中涉及的硬件做出了合理选型,最后搭建整体硬件电路原理图,并介绍了机械式疲劳试验机在各个硬件模块下的工作原理。2)对所设计工作装置的机械结构进行了基于ANSYS/Workbench软件下的有限元模态分析,以确保其主要零部件及重要运动零部件不能和主系统工作频率发生谐振现象。3)建立两大控制系统学数模型,包括无级调幅系统中永磁同步旋转电机和机械传动部分的建模;作动器动态加载系统中加载电机和机械传动部分的建模。最后根据加载电机和作动器机械传动部分数学模型提出了本课题中的节能理念,并分析了几种能量回馈装置在本论文中应用的可行性。4)从传统的机械式作动器振幅不可调整,到本课题中电子机械式直线作动器振幅无级可调,结合得到的调幅系统电机和机械传动部分的数学模型,对伺服系统三闭环和控制卡位置环进行设计及PID参数整定,通过MATLAB/Simulink模块对伺服系统三闭环和控制卡位置环进行单位阶跃响应仿真实验,并对参数进行优化。最后通过控制卡与伺服驱动器之间的通讯协议及控制流程框图建立了控制系统软件界面,包括调幅模块,加载模块,润滑模块及数据采集模块。5)对系统软硬件调试后,为验证所研究的电子机械式加载技术的正确性与合理性,设计并制造出了100kN规格的电子机械式疲劳试验机,并在空载状态下对其进行了试验,结果表明振幅和频率都可以实时连续无级调节,且机器没有出现共振现象。最后对线弹性试件进行交变加载和脉动加载的仿真疲劳试验,并将仿真结果和理论值进行对比,结果表明电子机械式疲劳试验机能达到系统要求,其加载控制符合变形控制,频率控制。
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