[发明专利]一种同时域多频段液压试验系统及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及机电控制领域中的一种液压试验系统，特别是一种同时域多频段液压试验系统及其控制方法。 

背景技术

一个现有完整的液压试验系统按方框原理图划分，是由数据处理系统、控制系统、执行系统、负载和测量系统5个部分组成。输入指令信号为试验方案转换成液压试验系统可识别的计算机程序语言，用于指令液压试验系统的动作；数据处理系统对输入指令信号、测量系统数据进行处理，将指令控制系统的动作；控制系统在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向；执行系统将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动；负载是指液压试验系统的响应，通常是指试验对象对输入指令信号的响应；测量系统是测量出液压试验系统的响应并可充当反馈。液压系统的最低频率f_min即控制频率，一般是由控制系统的电液伺服阀频率特性所决定，而液压系统中的检测频率、数据运算处理频率可以高于系统控制频率f_min。液压试验系统主要包含液压系统和试验对象两部分。在该试验系统用于的土木工程领域，用混凝土、高强混凝土、超高强混凝土做压缩、拉伸试验时，一般都会得到应力——应变曲线；而利用岩石、高强混凝土、超高强混凝土做应力——应变全过程曲线(以下简称“全曲线”)试验时，一般都期许得到全曲线。应力——应变曲线、全曲线是研究材料力学特性的最基本特征曲线之一，甚至运用能量守恒定律解析应力——应变曲线、全曲线与液压试验系统的相互关系。应力——应变曲线试验和全曲线试验一般都是在液压试验系统中独立完成，由于混凝土尤其是高强混凝土、超高强混凝土在压缩、拉伸试验中存在脆性破坏，而液压试验系统内测量系统的测量频率没有足够高(以下简称为静态测量系统)，不足以描述应力——应变曲线和全曲线特性的全貌。也有在现有的液压试验系统之外增加一套动态应力应变测量系统(以下简称为动态测量系统)单独采集数据，事后经数据处理再得到应力——应变曲线或全曲线；由于动态测量系统与液压试验系统是两个相互独立的系统，动态测量系统在试验中无法作为反馈参与控制，事后的数据处理也无法保证有足够的准确度。 

一个完整的液压试验系统按其组成结构划分，是由动力系统、数据处理系统、控制系统、执行系统、辅助系统和液压油6个部分组成。动力系统将原动机的机械能转换成液体的压力能；数据处理系统对输入指令信号、测量系统数据进行处理，将指令控制系统的动作；控制 系统在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向；执行系统将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动；辅助系统则主要指液压系统中的油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头等；液压油是液压系统中传递能量的工作介质。液压系统的最低频率f_min即控制频率，一般是由控制系统的电液伺服阀频率特性所决定，而液压系统中的检测频率、数据运算处理频率可以高于系统控制频率f_min。控制系统中的阀门按开度是否连续可分为只有两点(全开、全关)状态和有连续开度两类，其阀门开度的大小描述有相对值和绝对值两种方式，如全关状态的阀门开度用相对值、绝对值描述均为0，全开状态的阀门开度用相对值描述为100％、用绝对值描述为1或100或为大于100的其它正整数。 

液压系统在突然启动、停机、变速或换向时，阀口突然关闭或动作突然停止，由于流动液体和运动部件惯性的作用，使系统内瞬时形成很高的峰值压力，这种现象就称之为液压冲击。发生液压冲击时系统内局部压力变化的峰值可达正常工作压力的几倍，不仅极易引起系统震动，而且有可能使密封破损、管道爆裂、焊缝开裂，造成系统漏油，还可能使压力计、流量计失灵，压力继电器和顺序阀误发信号，调压阀、流量阀损坏等，甚至有可能使混凝土试样(构件)的荷载直接达到极限荷载而致使试样(构件)报废。液压冲击既影响液压系统自身的可靠性，又可能致使混凝土试样(构件)开裂、报废，还可能对人员、环境造成二次伤害。 

现有液压试验系统的局限是： 

1.由于现有的液压试验系统内测量系统的测量频率没有足够高，单独使用现有的液压试验系统完成应力——应变曲线试验和全曲线试验时，不足以描述应力——应变曲线和全曲线特性的全貌。在现有的液压试验系统之外增加一套动态测量系统单独采集数据，也由于动态测量系统与液压试验系统是两个相互独立的系统，动态测量系统在试验中无法作为反馈参与控制，事后的进行数据处理也无法保证有足够的准确度。 

2.现行的液压冲击防治大多是针对液压系统的动力系统、控制系统、执行系统、辅助系统和液压油进行物理改进，控制方法的改进仍存在不足，液压冲击的弊端未能根除。 

发明内容