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濟(jì)南中創(chuàng)工業(yè)測(cè)試系統(tǒng)有限公司
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扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)主要是用來(lái)測(cè)定彈性軸類零件，尤其是彈性聯(lián)軸器的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等特性的設(shè)備。主要是進(jìn)行扭轉(zhuǎn)和拉、壓試驗(yàn)。目前應(yīng)用電液伺服閥控制的試驗(yàn)機(jī)被廣泛使用，但是對(duì)于大扭矩軸類零件，其控制精度并不能很好地滿足試驗(yàn)要求，而且在高頻工況下，電液伺服扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)存在漏油、遲滯等現(xiàn)象。
為此，本文采取以電動(dòng)缸作為動(dòng)力源的試驗(yàn)機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向來(lái)控制電動(dòng)缸的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)機(jī)對(duì)軸類零件的試驗(yàn)，主要研究工作及相關(guān)結(jié)論如下：
①針對(duì)課題中對(duì)試驗(yàn)機(jī)提出的要求，并以滾珠螺旋傳動(dòng)理論為基礎(chǔ)，初步確定了試驗(yàn)機(jī)的機(jī)構(gòu)及其組成。計(jì)算出動(dòng)力源-電動(dòng)缸的基本參數(shù)，完成了電動(dòng)缸傳動(dòng)模型的建立，以及電動(dòng)缸的選型。建立了試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，完成各部分的靜力學(xué)與動(dòng)態(tài)特性分析。對(duì)試驗(yàn)機(jī)力學(xué)模型分析時(shí)，驗(yàn)證了采取電動(dòng)缸為動(dòng)力源的可行性和*性。相比電液伺服試驗(yàn)機(jī)，電動(dòng)試驗(yàn)機(jī)對(duì)大負(fù)載，高強(qiáng)度試驗(yàn)有著更好的效果，更好的精度。
②按照計(jì)算出來(lái)的參數(shù)，運(yùn)用PROE軟件建立了電動(dòng)缸的三維模型，同時(shí)在PROE中對(duì)試驗(yàn)機(jī)實(shí)行三維模擬裝配。了解虛擬裝配過(guò)程以及各零部件之間的裝配情況。
③在高精度扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，本文建立了該試驗(yàn)機(jī)伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及傳遞函數(shù)，運(yùn)用MATLAB/SIMULINK軟件對(duì)該伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，得出試驗(yàn)機(jī)響應(yīng)曲線。在得到響應(yīng)曲線后，通過(guò)改變各控制參數(shù)如伺服放大器增益、負(fù)載剛度和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等大小，再次得到響應(yīng)曲線，通過(guò)對(duì)比分析，觀察各個(gè)控制參數(shù)對(duì)信號(hào)響應(yīng)的影響。曲線圖顯示系統(tǒng)頻寬受伺服放大器增益影響較大，負(fù)載剛度對(duì)系統(tǒng)頻寬的影響不大。在低頻時(shí)，系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量對(duì)系統(tǒng)頻寬的影響不大，但是在高頻時(shí)，嚴(yán)重減弱了系統(tǒng)幅值。同時(shí)，伺服放大器增益對(duì)階躍響應(yīng)的影響較大，而負(fù)載剛度影響階躍響應(yīng)的幅值大小，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量幾乎對(duì)階躍響應(yīng)沒(méi)有影響。
針對(duì)這些問(wèn)題，在文中的第三章節(jié)中有詳細(xì)的論述。 ④常規(guī)PID控制器存在響應(yīng)慢，信號(hào)遲滯等問(wèn)題。為此，需要對(duì)控制參數(shù)進(jìn)一步優(yōu)化。文中采取遺傳算法對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，設(shè)計(jì)出基于遺傳算法的PID控制器。通過(guò)編寫(xiě)MATLAB程序?qū)λǖ哪Ｐ瓦M(jìn)行求解，得到了控制參數(shù)的*解。研究結(jié)果表明，遺傳算法具有較強(qiáng)的全局尋優(yōu)能力，不受啟動(dòng)的次數(shù)的影響，而且每次都能收斂于相似*解。
在約束條件相似的情況下，與傳統(tǒng)PID進(jìn)行比較得出，經(jīng)過(guò)遺傳算法優(yōu)化后的控制參數(shù)具有更高的自適應(yīng)能力，抗干擾能力有了明顯的提高。 ⑤設(shè)計(jì)了一套基于Lab VIEW平臺(tái)的測(cè)控系統(tǒng)，對(duì)試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)中的四個(gè)傳感器信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理。同時(shí)設(shè)計(jì)了一套比較優(yōu)良的人機(jī)交互界面，用戶可以人為的輸入控制參數(shù)值來(lái)對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行輸入控制。而且，在控制面板中能實(shí)時(shí)顯示位移-時(shí)間，力-時(shí)間，角度-時(shí)間，扭矩-時(shí)間四個(gè)曲線圖，對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行很好的監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)。
