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电液伺服扭转振动试验机是检测弹性轴类零件特别是高弹性联轴器性能参数的重要设备,为研究弹性轴类零件的性能提供了有力的保证。本论文旨在为试验机研究设计一套数字化的检测与控制系统,为高弹性联轴器的动态性能试验提供具备优良控制性能的实验平台,从而获得联轴器动态特性参数。试验机最大输出扭矩达30kN·m,所以动力源采用了液压系统,整个系统为电液伺服控制系统。其控制系统组成主要为硬件系统和软件系统。
试验机电液伺服控制系统采用上下位机的结构模式。上位机不直接参与伺服控制,负责提供人机交互界面,实现监测和控制整个实验过程进行,其中包括试验模式和参数设定、实时实验数据曲线显示、数据分析保存打印、超限报警、故障停机等功能;下位机主要负责伺服控制和数据采集,接受上位机指令完成相应试验过程的闭环控制,发送实时采集数据给上位机进行分析。为了试验过程的顺利进行,本文上位机基于高档工控机编制了界面友好、功能完备的人机交互程序,使整个控制系统实现数字化控制。下位机基于TI公司的TMS320F28335设计了高速伺服控制器软硬系统件,为试验过程的实时性控制提供了保证。上下位机之间采用了技术成熟、应用广泛的串口进行通信,实现了试验过程中上下位机之间良好的数据传递。
由于整个系统采用了电液伺服系统,系统结构本身及负载特性决定了其具有很大的非线性特点。同时试验机在进行高弹性联轴器的扭转振动试验时,被测试件的结构和参数在试验中上也会存在较大变化范围。所以应用传统的PID控制器在精度、鲁棒性方面的性能变差而达不到优良的控制效果。人工神经网络在非线性控制方面有着其先天的优越性,在分析比较了PID控制和神经网络控制的特点之后,本文设计了基于BP神经网络的PID参数自整定智能控制器。利用MATLAB/Simulink工具箱对算法进行仿真后得出结果,对比传统PID控制器的仿真结果后发现其控制效果有了明显的提升。最后,将此智能控制算法编写成下位机高速伺服程序,利用DSP强大的计算能力为试验进行提供了优良的控制性能,满足了试验机控制系统所提出的技术要求。