[发明专利]一种基于模糊预测控制的压痕仪载荷控制方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于模糊预测控制的压痕仪载荷控制方法及系统，方法包括：获取加载阶段传感器的实际测量力值；获取加载阶段第n个周期的预期力值；计算第一误差和第一误差变化率；建立模糊预测控制器并优化；确定加载阶段电机的运动步数；获取饱载阶段传感器的实际测量值；获取饱载阶段第n个周期的预期力值，计算第二误差；基于第二误差控制电机运动；获取卸载阶段传感器的实际测量力值；获取卸载阶段第n个周期的预期力值；计算第三误差和第三误差变化率；确定卸载阶段电机的运动步数。本具有精度高、偏差小、算法简单的特点。

技术领域

本发明涉及模糊控制领域，特别是涉及一种基于模糊预测控制的压痕仪载荷控制方法及系统。

背景技术

仪器化压入测试技术是通过记录载荷和压入深度从而获得载荷-位移关系曲线，进而通过分析曲线获得弹性模量、硬度、应力-应变曲线、断裂韧性、疲劳特性、蠕变特性、粘附性等参数。微纳米压痕技术因其具有试验操作简单、测量效率高以及使用范围广等优点，正逐渐成为微/纳米尺度材料和结构的力学性能测试的首要选择。因此，国内外均有公司研究用于微纳米压痕测试的装置。由于压痕仪获得的参数均需分析载荷-位移关系曲线来获得，载荷-位移关系曲线的优劣又受到载荷控制方法影响，故设计一种稳定准确、控制性能优越、实现简单的压痕仪载荷控制方法是微纳米压痕测试的重要需求。

压痕仪在进行压入实验时，根据实验测试材料和设定参数的不同其载荷-位移曲线的图像也不同，位移传感器的值和真实位移有差距，还受力传感器和机械结构的形变以及环境温度等因素影响，导致很难建立准确的物理模型，因此引入模糊预测控制算法对压痕仪压入过程进行控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于模糊预测控制的压痕仪载荷控制方法及系统，以解决上述存在的问题，其稳定准确、控制性能优越、实现简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于模糊预测控制的压痕仪载荷控制方法，所述控制方法包括：

获取加载阶段传感器的实际测量力值，记为第一实际测量力值；

获取加载阶段第n个周期的预期力值，记为第一预期力值；

根据所述第一实际测量力值和所述第一预期力值计算第一误差；基于当前周期误差和前一周期误差的差值确定第一误差变化率；

建立模糊预测控制器；

对所述模糊预测控制器进行优化；

将所述第一误差和所述第一误差变化率输入至优化后的模糊预测控制器中，得到加载阶段电机的运动步数；

将所述加载阶段电机的运动步数发送给执行机构，控制电机运动，直到达到设定载荷，进入饱载阶段；

获取饱载阶段传感器的实际测量值，记为第二实际测量力值；

获取饱载阶段第n个周期的预期力值，记为第二预期力值；

基于所述第二实际测量力值和第二预期力值计算第二误差；

基于所述第二误差控制电机运动，直到达到饱载时间，进入卸载阶段；

获取卸载阶段传感器的实际测量力值，记为第三实际测量力值；

获取卸载阶段第n个周期的预期力值，记为第三预期力值；

根据所述第三实际测量力值和所述第三预期力值计算第三误差；基于当前周期误差和前一周期误差的差值确定第三误差变化率；

将所述第三误差和第三误差变化率输入至优化后的模糊预测控制器，得到卸载阶段电机的运动步数；

将所述卸载阶段电机的运动步数发送给执行机构，控制电机运动，直到载荷减小为零。