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濟南中創(chuàng)工業(yè)測試系統(tǒng)有限公司
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扭轉疲勞試驗機主要是用來測定彈性軸類零件，尤其是彈性聯(lián)軸器的動態(tài)性能指標和結構強度等特性的設備。主要是進行扭轉和拉、壓試驗。目前應用電液伺服閥控制的試驗機被廣泛使用，但是對于大扭矩軸類零件，其控制精度并不能很好地滿足試驗要求，而且在高頻工況下，電液伺服扭轉試驗機存在漏油、遲滯等現(xiàn)象。
為此，本文采取以電動缸作為動力源的試驗機為研究對象，通過控制伺服電機的轉速和轉向來控制電動缸的運動，進而實現(xiàn)試驗機對軸類零件的試驗，主要研究工作及相關結論如下：
①針對課題中對試驗機提出的要求，并以滾珠螺旋傳動理論為基礎，初步確定了試驗機的機構及其組成。計算出動力源-電動缸的基本參數(shù)，完成了電動缸傳動模型的建立，以及電動缸的選型。建立了試驗機的機械系統(tǒng)動力學模型，完成各部分的靜力學與動態(tài)特性分析。對試驗機力學模型分析時，驗證了采取電動缸為動力源的可行性和*性。相比電液伺服試驗機，電動試驗機對大負載，高強度試驗有著更好的效果，更好的精度。
②按照計算出來的參數(shù)，運用PROE軟件建立了電動缸的三維模型，同時在PROE中對試驗機實行三維模擬裝配。了解虛擬裝配過程以及各零部件之間的裝配情況。
③在高精度扭轉試驗機的控制系統(tǒng)設計上，本文建立了該試驗機伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學模型以及傳遞函數(shù)，運用MATLAB/SIMULINK軟件對該伺服控制系統(tǒng)進行仿真分析，得出試驗機響應曲線。在得到響應曲線后，通過改變各控制參數(shù)如伺服放大器增益、負載剛度和轉動慣量等大小，再次得到響應曲線，通過對比分析，觀察各個控制參數(shù)對信號響應的影響。曲線圖顯示系統(tǒng)頻寬受伺服放大器增益影響較大，負載剛度對系統(tǒng)頻寬的影響不大。在低頻時，系統(tǒng)的負載轉動慣量對系統(tǒng)頻寬的影響不大，但是在高頻時，嚴重減弱了系統(tǒng)幅值。同時，伺服放大器增益對階躍響應的影響較大，而負載剛度影響階躍響應的幅值大小，負載轉動慣量幾乎對階躍響應沒有影響。
針對這些問題，在文中的第三章節(jié)中有詳細的論述。 ④常規(guī)PID控制器存在響應慢，信號遲滯等問題。為此，需要對控制參數(shù)進一步優(yōu)化。文中采取遺傳算法對控制參數(shù)進行優(yōu)化求解，設計出基于遺傳算法的PID控制器。通過編寫MATLAB程序對所建的模型進行求解，得到了控制參數(shù)的*解。研究結果表明，遺傳算法具有較強的全局尋優(yōu)能力，不受啟動的次數(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進行比較得出，經(jīng)過遺傳算法優(yōu)化后的控制參數(shù)具有更高的自適應能力，抗干擾能力有了明顯的提高。 ⑤設計了一套基于Lab VIEW平臺的測控系統(tǒng)，對試驗機控制系統(tǒng)中的四個傳感器信號進行數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理。同時設計了一套比較優(yōu)良的人機交互界面，用戶可以人為的輸入控制參數(shù)值來對試驗機進行輸入控制。而且，在控制面板中能實時顯示位移-時間，力-時間，角度-時間，扭矩-時間四個曲線圖，對試驗機進行很好的監(jiān)測和試驗。
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