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拉力机三闭环控制系统中控制器的设计

发布时间:2017-04-07    点击次数:

    (1)不要迷信各种名称的控制算法。控制理论拉力机到今天已经发展出很多类型的控制算法,有经典控制,有现代控制,例如PID控制、模糊控制、自适应控制、智能控制、变结构控制、神经元控制等等,但是理论都是有前提的,就是被控系统可以建模,根据某个模型方程推导得到几个简单的解(注意,很多理论不可能得到全部解)。现实的系统与理论的系统是不同的,顶多是近似,所以实际控制效果要打折扣。试验机系统,例如液压式试验机,专业上讲就是一个多变量非线性时变系统,白话就是说这个系统时时刻刻都处于复杂的变化中,做到模型近似都不容易。工业上用的控制器首要目标是稳定,然后再考虑性能,因此在实践上尽可能简单可靠。
    (2)拍脑袋算法。设计控制算法既需要本科的控制理论基础拉力机,同时还需要电机传动或者液压传动的专业基础和工程实践。现阶段试验机用的控制算法,基本上还是PID算法,然后加以变化,例如冠上“微微分控制、“神经元控制”之类的名称,实质上压根没有理论的支持,都是凭几年的调试经验感觉加上了一些经验参数,适用面比较狭窄。
    (3)没有万能的控制算法。不论哪种控制算法都是有针对性的,所谓的最优控制只有在特定工况下才能实现。液压试验机的控制算法肯定是不可能适应电子万能试验机的,即使同一个拉力机控制系统,例如在金属试验中表现好的控制算法,在塑料试验中很可能就过渡时间太长,需要调整参数。
    (4)控制范围和精度来自测量范围和精度。全程10000码的测量精度,控制速度的范围一般就是1~200码/秒,速度检定应该是经过短暂过渡后一段时间的平均速度,理论上反正是一个码的误差,平均时间越长,速度精度越高,可以简单估算。当然保压控制的精度直接就是测量精度。
    (5)控制频率没必要很高。试验机控制系统的频率响应瓶颈熔融指数仪在于加载驱动机构,白话说就是惯量电机、油缸活塞反应非常慢,频率响应不会超过10Hz,所以当控制系统1秒钟控制10次,再快也没有多大的积极效果,一般20~50Hz足够。
    (6)拉力机控制有其特殊的平稳调速要求。除非特殊要求,材料试验从启动到建立指定速度需要一个过渡,恒速加载到保持需要一个过渡,不同控制环的切换也要求输出连续。
    (7)不能忽视负载的影响。拉力机系统的负载就是被试验的对象,由于试件材料的特殊性,在试验过程中试件的特殊变化可能影响这个系统的性能,甚至破坏系统的稳定性。常见的问题出现在力控制情况下。闭环控制采用的负反馈原理,正常情况下控制器输出正信号,通过执行机构作用到试件,应该得到拉力机的增长(前向正相关,闭环才是负反馈)。如果出现金属的屈服、夹持机构的滑移、材料的异常松弛等,整个闭环就成为正反馈而导致系统失稳。不能指望任何一种控制算法能有效处理这种情况。

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