[发明专利]一种基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机的闭环控制方法

摘要

本发明公开了一种基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机的闭环控制方法，精确控制载荷横向载荷松脱试验机包括载荷产生电机和载荷传递机构，载荷控制电机和载荷控制机构。本发明的控制方法基于控制命令以及位移传感器采集的位移信号和S型柱式压力传感器采集的力信号来控制载荷产生电机驱动载荷传递机构。螺栓横向载荷松脱试验机在探究螺栓松脱规律方面必不可少，可以用它来模拟螺栓受载情况，但是对于一些螺栓横向受恒定的力载荷的情况下，则不使用或者不精确。本发明的控制方法可以精确控制螺栓横向受载稳定，特别是可以保证横向受力载荷大小恒定，能更准确且更全面的模拟螺栓横向受载情况。

主权项

1.一种基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机的横向力载荷闭环控制方法，所述闭环控制方法基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机进行控制，对传感器采集到的信号进行分析，再通过PLC控制系统计算，最后对电机控制系统发出指令控制电机的转动，从而实现螺栓横向载荷松脱试验机的控制；闭环控制方法基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机实现的，所述的精确控制螺栓横向载荷松脱试验机包括载荷传递部分和载荷控制部分；所述的载荷传递部分包括框架结构件(1)、位移传感器支撑架(2)、电涡流位移传感器(3)、连接板(4)、销(5)、限位板(6)、第一支撑架(7‑1)、第二支撑架(7‑2)、S型柱式位移传感器(8)、弹性杆(9)、第一直线轴承(10‑1)、第二直线轴承(10‑2)、T槽导轨(22)、短头螺纹杆(23)、长头螺纹杆(24)、基台(26)、可旋杆(27)、圆垫(28)、垫片式压力传感器(29)、套筒(30)和试件螺栓(31)；两支撑架和框架结构件(1)均固定在基台(26)上，两支撑架同轴并间隔一定距离，框架结构件(1)位于两支撑架的一侧；T槽导轨(22)穿过第一直线轴承(10‑1)，第一直线轴承(10‑1)固定在第一支撑架(7‑1)上，T槽导轨(22)与弹性杆(9)的一端榫接；弹性杆(9)的另一端与短头螺纹杆(23)榫接，短头螺纹杆(23)与S型柱式位移传感器(8)的一端螺纹配合；S型柱式位移传感器(8)的另一端与长头螺纹杆(24)螺纹配合，长头螺纹杆(24)穿过第二直线轴承(10‑2)，第二直线轴承(10‑2)固定在第二支撑架(7‑2)上；长头螺纹杆(24)与可旋杆(27)榫接，可旋杆(27)置于连接板(4)的U型槽内，通过限位板(6)进行限位，连接板(4)置于框架结构件(1)的上阶梯；位移传感器支撑架(2)固定在框架结构件(1)的下阶梯，电涡流位移传感器(3)固定在位移传感器支撑架(2)上；所述的框架结构件(1)的平面为阶梯式；连接板(4)上设有通孔，圆垫(28)与通孔过盈连接；框架结构件(1)的平面上设有阶梯孔，阶梯孔与通孔同轴，垫片式压力传感器(29)置于阶梯孔内，套筒(30)穿过垫片式压力传感器(29)，试件螺栓(31)依次穿过阶梯孔与通孔，并固定；载荷控制部分包括载荷产生电机(11)、偏心联轴器(12)、双支架(13)、滑块(14)、导轨(15)、丝杆(16)、载荷控制电机(17)、滑台(18)、受力架(19)、摇杆(20)和轴(21)；受力架(19)由横向支架、纵向支架和基座组成，受力架(19)通过基座固定在基台(26)上；丝杆(16)的一端穿过横向支架，并连接载荷控制电机(17)，载荷控制电机(17)固定在纵向支架上，丝杆(16)的另一端固定在基座上；滑台(18)与丝杆(16)的滚珠丝杆结构连接在一起；两导轨(15)固定在纵向支架上，两个滑块(14)套在导轨(15)上；双支架(13)由两侧板和一底板组成，底板固定在两个滑块(14)及滑台(18)上；轴(21)穿过双支架(13)的两侧板，并固定；摇杆(20)的一端为圆套结构，另一端设有槽口和T型凸台，摇杆(20)的通孔穿过轴(21)，位于两侧板间；载荷产生电机(11)固定在基台(26)上，偏心联轴器(12)一端与载荷产生电机(11)的输出轴相连，偏心联轴器(12)的另一端限制于摇杆(20)的槽口中；摇杆(20)的T型凸台与T槽导轨(22)配合；基于精确控制螺栓横向载荷松脱试验机控制横向力载荷幅值的闭环控制方法，步骤如下：步骤a)确定待输入的预期横向力载荷幅值F1、调节阈值ΔF与误差允许值e；若实际横向力载荷幅值F与F1之间差距达到调节阈值ΔF，则载荷控制电机(17)开始启动工作，直到实际横向力载荷幅值F与F1之间差距小于误差允许值e；步骤b)在不调整横向载荷的条件下，做螺栓的松脱规律曲线，并记录对应的横向力载荷幅值改变规律曲线；步骤c)对螺栓试件做调整横向载荷实验：横向载荷施加过程中，在[0,tn]区间内均匀挑选时间t1、t2……tn，将松脱过程分为n个区间，为[0，t1]、[t1，t2]……[tn‑1，tn]，tn为松脱曲线趋于稳定的时刻；在t1、t2……tn时刻，载荷控制电机(17)改变位移，使S型柱式位移传感器(8)测得的力载荷幅值变化量为ΔF，记录此时载荷控制电机(17)的位移对应改变量ΔXi，记录ΔX1、ΔX2……ΔXn，i∈[1,n]；步骤d)垫片式压力传感器(29)采集得到连续预紧力信号P(t)及步骤e)根据步骤b)中松脱规律曲线中的曲线斜率与步骤d)的k值作对比，将此刻的k值与步骤c)中划分的n个区间作对比，确定此时螺栓松脱所属的区间，即二者的斜率值相等；步骤c)中为各区间横向力载荷幅值减少量等于调节阈值ΔF对应需要调整的位移值ΔXx，预估出载荷加载过程中，从此刻开始横向力载荷幅值减少量等于调节阈值ΔF对应所需要调整的位移值ΔXx；结合步骤b)的横向力载荷幅值改变规律曲线，预估出载荷加载过程中，从此刻开始横向力载荷幅值减少量等于调节阈值ΔF所需时间Tx；即在Tx时间内，横向力载荷幅值改变量均小于阈值ΔF，不需要调整横向载荷，闭环控制程序中止时间Tx；步骤f)中止时间Tx后，横向力载荷幅值改变量超过阈值ΔF，根据步骤e)中预估出的ΔXx，对载荷控制电机(17)进行一步调整ΔXx，使实际横向力载荷幅值F与预期横向力载荷幅值F1差量减少至小于调节阈值ΔF；步骤g)采集横向力载荷信号，对S型柱式位移传感器(8)采集到的周期性的横向力载荷信号进行峰值检测，获取实际力载荷幅值的F；步骤h)如果|F‑F1|＞e，则说明调整的最后结果并没有达到设定的误差值之内，需要用二步法逼近F1，直至|F‑F1|＜e，然后从步骤d)循环运行；步骤i)如果|F‑F1|＜e则直接再从步骤d)循环运行。