一种基于实时系统的伺服加载系统技术方案

本实用新型专利技术具体涉及一种基于实时系统的伺服加载系统，主要解决现有系统无法实现多通道同步加载、无法调整刚度、直线加载和旋转加载无法兼顾、数据分析不方便等问题。该系统包括测控工控机、PXI控制器、数据采集板卡、力/扭矩传感器、液压加载缸/马达、电液伺服阀；测控工控机给PXI控制器发出目标加载力/扭矩指令，由PXI控制器根据PID闭环控制算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸/马达的流量从而控制加载力；液压加载缸/马达上安装有力/扭矩传感器，力/扭矩传感器测量液压加载缸/马达的实际输出力/扭矩值，并传输给PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制。

A servo loading system based on real time system

The utility model relates to a servo loading system based on real time system. It mainly solves the problems that the existing system can not realize multi channel synchronous loading, can not adjust the stiffness, the linear loading and rotating loading can not be taken into account, and the data analysis is inconvenient. The system consists of measurement and control industrial control machine, PXI controller, data acquisition board, force / torque sensor, hydraulic loading cylinder / motor and electro-hydraulic servo valve. The measurement and control industrial control machine gives the PXI controller the loading force / torque instruction, and the PXI controller outputs the current signal to the electro-hydraulic servo valve and the electro-hydraulic servo valve according to the PID closed loop control algorithm. The flow of the hydraulic loading cylinder / motor is adjusted according to the current signal and the loading force is controlled. The force / torque sensor is installed on the hydraulic loading cylinder / motor, and the force / torque sensor is used to measure the actual output force / torque value of the hydraulic loading cylinder / motor and be transferred to the PXI controller as a feedback signal in the closed loop.

【技术实现步骤摘要】
一种基于实时系统的伺服加载系统
本技术涉及伺服加载系统，具体涉及一种试验设备中使用的基于实时系统的伺服加载系统。
技术介绍
试验设备中通常要为直线运动类产品(如液压缸等)或旋转类产品(马达等)施加一定曲线的载荷(如三角形、正弦波形等)，对于直线加载，传统的方式是采用弹簧加载或模拟量闭环电路控制的伺服加载缸加载，如图1、图2所示，被试产品21与加载弹簧22连接或被试产品31与伺服加载缸32连接，对于旋转类加载一般采用伺服电机或磁粉制动器加载，上述系统的主要缺点是：1.如果试验设备中需要多通道同步加载(如八通道)，则弹簧加载或伺服加载缸加载无法实现同步动作，造成数据误差甚至损坏设备。2.每种弹簧刚度固定，无法调整刚度(k)，所需线性载荷发生变化时只能更换弹簧，试验工作量大，而且精度不高一般其线性误差为±10％。3.模拟量闭环电路控制的伺服加载缸系统成本高，控制电路复杂，抗干扰能力差，调试工作量大。4.直线加载和旋转加载无法兼顾，只能进行直线方向加载或旋转方向加载。5.数据分析不方便，需要增加计算机采集系统记录数据，绘制数据曲线。
技术实现思路
本技术的目的是解决现有系统无法实现多通道同步加载、无法调整刚度、控制电路复杂、抗干扰能力差、调试工作量大、直线加载和旋转加载无法兼顾、数据分析不方便等问题，提供一种基于实时系统的力闭环伺服加载系统，系统根据PID闭环控制算法可实现对直线运动或旋转运动类产品施加所需载荷，同时线性加载斜率(或刚度)k或波形可根据需求调节，自动绘制加载力-位移或加载力-时间曲线，方便数据分析，同时成本相对低廉，控制系统简单，调试方便。本技术的技术方案是：一种基于实时系统的伺服加载系统，包括测控工控机、PXI控制器、至少一个力/扭矩传感器、至少一个液压加载缸/马达、至少一个电液伺服阀；所述测控工控机给PXI控制器发出目标加载力/扭矩指令，由PXI控制器根据PID闭环控制算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸/马达的流量从而控制加载力；液压加载缸/马达上安装有力/扭矩传感器，力/扭矩传感器测量液压加载缸/马达的实际输出力/扭矩值，并将数据传输给PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制，PXI控制器将力/扭矩信号传输给测控工控机采集和显示。进一步地，所述PXI控制器与测控工控机通过网线传输数据。进一步地，所述PXI控制器包括机箱、控制器以及数据采集板卡，PXI控制器通过数据采集板卡采集加载力/扭矩信号同时供测控工控机采集和显示。进一步地，所述力/扭矩传感器、液压加载缸/马达和电液伺服阀均为八个或六个，实现八通道加载或六通道加载。本技术有益效果为：1.加载精度高、刚度(或斜率)可调：本技术的线性加载精度可达5％，优于一般加载弹簧所能达到的10％加载精度，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸/马达的流量从而控制加载力，实现了线性加载的刚度(或斜率)的改变。2.同步性高：本技术将所有通道通过定时功能实现同步，通道之间的同步性误差＜10ms，可采用八通道同步加载，所有通道间的同步误差约5ms。3.数据分析方便：本技术所有原始试验数据计算机自动记录，可以查询、分析。4.多通道造价低、扩展方便：本技术系统采用八通道加载时成本为模拟量闭环电路控制的伺服加载系统的60％，需扩展通道时，只需增加电液伺服阀、力/扭矩传感器、液压加载缸/马达等装置，同时只需将通道数根据需要增加即可。5.本技术控制电路简单，抗干扰能力强，调试工作量小：电路中无强电磁线路而且控制回路相互独立，因而抗干扰能力强；调试时只需完成一个加载通道的调试工作，其它通道软件部分完全相同故调试工作量大大降低。6.直线加载或旋转加载切换方便：本技术只需更换力/扭矩传感器和液压加载缸/马达即可实现直线加载或旋转加载的切换。附图说明图1为现有系统采用弹簧加载的示意图；图2为现有系统采用伺服加载缸加载的示意图；图3为本技术基于实时系统的伺服加载系统示意图；附图标记：21-被试产品，22-加载弹簧，31-被试产品，32-伺服加载缸。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。本技术具体为一种试验设备中使用的需要加载力/力矩实时变化的基于实时系统的力闭环伺服加载系统，并根据现有技术PID闭环控制算法，实现对直线运动或旋转类运动类产品施加线性或非线性载荷，同时线性加载斜率(或刚度)k或波形可根据需求任意调节，自动绘制加载力/扭矩-位移或加载力扭矩-时间曲线，方便数据分析，同时成本相对低廉，控制系统简单，调试方便。本技术系统组成如图3所示，主要由测控工控机、PXI控制器、多个力/扭矩传感器、多个液压加载缸/马达、多个电液伺服阀等组成，测控工控机给PXI控制器发出目标加载力/扭矩指令，由PXI控制器根据PID闭环控制算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸/马达的流量从而控制加载力；液压加载缸/马达上安装有力/扭矩传感器，力/扭矩传感器测量液压加载缸/马达的实际输出力/扭矩值，并传输给PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制，PXI控制器将力/扭矩信号传输给测控工控机采集和显示。力/扭矩传感器、液压加载缸/马达和电液伺服阀均为八个或六个，实现了八通道加载或六通道加载。本技术实现加载力/扭矩控制要求运行系统需具有实时性，普通计算机的Windows系统不能满足有求，因此采用NI公司的PXI控制器，PXI的控制器可运行实时(RT)系统，得到实时响应，为实现力/扭矩的加载控制提供实时测量与控制。经试验验证，伺服加载系统可实现的加载精度为5％。PXI是一种基于PC的技术，专用于测试、测量与控制应用的开放式硬件平台，PXI的控制器可运行实时(RT)系统，得到实时响应，为实现力的加载控制提供实时测量与控制。PXI控制器与测控工控机通过网线即可传输数据，它由机箱、控制器以及数据采集板卡组成，PXI控制器通过数据采集板卡采集加载力/扭矩信号同时供测控工控机采集和显示，数据采集板卡可根据不同需求灵活配置与扩展，构建自定义测控系统，控制器对数据采集板卡采集的数据进行处理。PID闭环控制算法，是比例(P)、积分(I)、微分(D)控制算法，它通过对偏差值的比例、积分和微分运算后，用计算所得的控制量来控制被控对象。PXI控制器实现PID闭环控制算法具体过程如下：由PID控制的公式可简化为：其中TD＝KPTd，PXI控制器根据简化后公式，将力/扭矩目标值，力/扭矩实测值进行运算得出力/扭矩误差e，通过比例项、积分项及微分项相加最终得到力控制输出值y；PXI控制器通过数据采集卡输出给电液伺服阀，控制加载力/扭矩大小。工作原理为：测控工控机给PXI控制器发出目标加载力/扭矩指令，由PXI控制器根据PID算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节开口从而调节液压加载缸/马达流量，达到控制加载力目的；液压加载缸/马达上安装有力/扭矩传感器，用于测量液压加载缸/马达的实际输出力/扭矩，实际加载力/扭矩信号进入PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制，PXI控制器通过数据采集板卡采集加载力/扭矩信号同时供测控工控机采集和显示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于实时系统的伺服加载系统，其特征在于：包括测控工控机、PXI控制器、至少一个力或扭矩传感器、至少一个液压加载缸或马达、至少一个电液伺服阀；所述测控工控机给PXI控制器发出目标加载力或扭矩指令，由PXI控制器根据PID闭环控制算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸或马达的流量从而控制加载力；液压加载缸或马达上安装有力或扭矩传感器，力或扭矩传感器测量液压加载缸或马达的实际输出力或扭矩值，并将数据传输给PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制，PXI控制器将力或扭矩信号传输给测控工控机采集和显示。

【技术特征摘要】
1.一种基于实时系统的伺服加载系统，其特征在于：包括测控工控机、PXI控制器、至少一个力或扭矩传感器、至少一个液压加载缸或马达、至少一个电液伺服阀；所述测控工控机给PXI控制器发出目标加载力或扭矩指令，由PXI控制器根据PID闭环控制算法输出电流信号给电液伺服阀，电液伺服阀根据电流信号调节液压加载缸或马达的流量从而控制加载力；液压加载缸或马达上安装有力或扭矩传感器，力或扭矩传感器测量液压加载缸或马达的实际输出力或扭矩值，并将数据传输给PXI控制器作为闭环中的反馈信号参与控制，PXI控制器将力或扭矩信号传输给测控工控机采集和显示。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李付广，任卫东，丁登科，潘耀勤，张镐京，
申请(专利权)人：西安庆安航空试验设备有限责任公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61