本實(shí)用新型屬于靜力試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

靜力加載試驗(yàn)是考核結(jié)構(gòu)部件是否滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求的一種手段，大多數(shù)結(jié)構(gòu)部件在其研發(fā)階段都需要進(jìn)行靜力試驗(yàn)考核，從航空、航天、船舶領(lǐng)域到汽車、軌交行業(yè)再到小型家用電器生產(chǎn)企業(yè)，幾乎所有的產(chǎn)品都需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考核。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度考核的主要目的是為了驗(yàn)證產(chǎn)品在其正常工作環(huán)境下是否會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞等現(xiàn)象。目前市場(chǎng)上相對(duì)比較成熟的靜力加載系統(tǒng)包括液壓控制系統(tǒng)和機(jī)器人手臂加載控制系統(tǒng)。

液壓控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)高量級(jí)的靜力載荷試驗(yàn)，其系統(tǒng)搭建涉及復(fù)雜的液壓控制系統(tǒng)，一般應(yīng)用在1-40T甚至更高的靜力加載領(lǐng)域。機(jī)器人手臂加載控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)小量級(jí)的靜力載荷施加，但是機(jī)器人手臂加載控制系統(tǒng)一般是由多套伺服電機(jī)和相應(yīng)的伺服控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)靜力載荷控制，其成本相對(duì)較高，并且很難實(shí)現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)靜力加載。目前在汽車制造領(lǐng)域以及小型家電生產(chǎn)行業(yè)，有著大量的靜力試驗(yàn)需求，且靜力載荷量級(jí)都不大，一般在0-2000N以內(nèi)，試驗(yàn)量級(jí)上不太適合使用液壓加載系統(tǒng)，試驗(yàn)成本上機(jī)器人手臂加載系統(tǒng)又過于昂貴。所以當(dāng)前迫切需要一套合適的靜力載荷系統(tǒng)來滿足這類型的小量級(jí)靜力試驗(yàn)需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)小量級(jí)靜力加載試驗(yàn)領(lǐng)域沒有合適加載控制系統(tǒng)的問題，提供一種能夠精確控制載荷量級(jí)、搭建成本相對(duì)較低且可以實(shí)現(xiàn)多通道協(xié)調(diào)加載的氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)。

為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，本實(shí)用新型提供了一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)，它包括觸控屏、集成控制器、輸出控制模塊和反饋控制模塊；觸控屏用于進(jìn)行載荷參數(shù)的設(shè)置和動(dòng)作的觸發(fā)，與集成控制器通過數(shù)據(jù)線相連；集成控制器主要對(duì)反饋載荷與目標(biāo)載荷進(jìn)行比較，從而控制載荷輸出信號(hào)；輸出控制模塊用于將集成控制器的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為力載荷輸出；反饋控制模塊用于將被試件所受的力載荷轉(zhuǎn)換為集成控制器可識(shí)別的反饋控制信號(hào)。

其中，所述的觸控屏是根據(jù)需求選擇的合適的觸摸控制屏幕，可以通過數(shù)據(jù)線與集成控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；觸控屏配備有邏輯觸控界面，用于控制參數(shù)的輸入和動(dòng)作的觸發(fā)。

其中，所述的集成控制器是根據(jù)需求選擇的合適的PLC控制器，集成控制器主要是對(duì)載荷輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行分析比較和控制；集成控制器的控制參數(shù)是通過觸控屏初始化；集成控制器通過數(shù)據(jù)線與輸出控制模塊和反饋控制模塊連接。

其中，所述的輸出控制模塊包括儲(chǔ)氣罐、比例閥和氣壓作動(dòng)筒；儲(chǔ)氣罐為氣壓作動(dòng)筒提供壓力源，儲(chǔ)氣罐的壓力氣閥直接與比例閥連接；比例閥為輸出控制模塊的主要控制部件，比例閥與集成控制器通過數(shù)據(jù)線連接，比例閥接收集成控制器的輸出控制信號(hào)，并按照設(shè)定的比例轉(zhuǎn)化成一定氣壓輸出給氣壓作動(dòng)筒；氣壓作動(dòng)筒用于對(duì)受試產(chǎn)品施加力載荷。

其中，所述的反饋控制模塊包括力傳感器和信號(hào)轉(zhuǎn)換器；力傳感用于監(jiān)測(cè)作用在受試產(chǎn)品上力載荷，力傳感器采集的力信號(hào)不能直接被集成控制器所識(shí)別，需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換；信號(hào)轉(zhuǎn)換器的作用就是將力傳感器采集的力信號(hào)轉(zhuǎn)換成集成控制器能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，并反饋給集成控制器。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果為，本實(shí)用新型包括觸控屏、集成控制器、輸出控制模塊和反饋控制模塊。本實(shí)用新型提供了一種小量級(jí)靜力加載試驗(yàn)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了液壓加載系統(tǒng)在小量級(jí)靜力試驗(yàn)領(lǐng)域的不足之處，相比復(fù)雜的機(jī)器人手臂加載系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單和廉價(jià)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速的搭建和應(yīng)用，對(duì)于多載荷協(xié)調(diào)加載需求也能很方便實(shí)現(xiàn)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的觸控屏的參數(shù)控制界面圖；

圖3是本實(shí)用新型的一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)的集成控制器的控制原理圖；

其中：1.觸控屏，2.集成控制器，3.儲(chǔ)氣罐，4.比例閥，5.氣壓作動(dòng)筒，6.壓力傳感器，7.信號(hào)轉(zhuǎn)換器，8.受試產(chǎn)品，9.數(shù)據(jù)線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

應(yīng)當(dāng)說明的是，本申請(qǐng)中所述的“連接”和用于表達(dá)“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，既包括某一部件與另一部件直接連接，也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請(qǐng)的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當(dāng)情況下可以互換，以便這里描述的本申請(qǐng)的實(shí)施方式例如能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序?qū)嵤４送?，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它步驟或單元。

為了便于描述，在這里可以使用空間相對(duì)術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)部件或者模塊或特征與其他部件或者模塊或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語旨在包含除了部件或者模塊在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的部件或者模塊被倒置，則描述為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造上方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之上”的部件或者模塊之后將被定位為“在其他部件或者模塊或構(gòu)造下方”或“在其他部件或者模塊或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該部件或者模塊也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對(duì)這里所使用的空間相對(duì)描述作出相應(yīng)解釋。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種氣動(dòng)力載荷閉環(huán)控制系統(tǒng)，它

包括

觸控屏1、集成控制器2、輸出控制模塊和反饋控制模塊；觸控屏1用于進(jìn)行載荷參數(shù)的設(shè)置和動(dòng)作的觸發(fā)，與集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9相連；集成控制器2主要對(duì)反饋載荷與目標(biāo)載荷進(jìn)行比較，從而控制載荷輸出信號(hào)；輸出控制模塊用于將集成控制器2的輸出控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為力載荷輸出；反饋控制模塊用于將受試產(chǎn)品8所受的力載荷轉(zhuǎn)換為集成控制器2可識(shí)別的反饋控制信號(hào)。

如圖1所示，觸控屏1是根據(jù)需求選擇的合適的觸摸控制屏幕，通過數(shù)據(jù)線9與集成控制器2進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；觸控屏1配備有邏輯觸控界面，用于控制參數(shù)的輸入和動(dòng)作的觸發(fā)。

如圖1、圖2、圖3所示，集成控制器2是根據(jù)需求選擇的合適的PLC控制器，集成控制器2主要是對(duì)載荷輸入、輸出信號(hào)進(jìn)行分析比較和控制；集成控制器2的控制參數(shù)是通過觸控屏1初始化；集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9與輸出控制模塊和反饋控制模塊連接；集成控制器2邏輯處理過程可以描述成如下，集成控制器2被觸發(fā)工作后，會(huì)按照設(shè)定的動(dòng)作頻率f循環(huán)對(duì)反饋控制模塊的反饋信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)過一定的分析和處理后再對(duì)輸出控制模塊進(jìn)行輸出控制；在一個(gè)具體的動(dòng)作周期內(nèi)，集成控制器2先通過模擬量采集口對(duì)反饋控制模塊的反饋信號(hào)進(jìn)行采集，這里采集的是0-10V電壓信號(hào)，通過比例調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的載荷的實(shí)際載荷F，這里的比例調(diào)節(jié)參數(shù)C1可以通過設(shè)備標(biāo)定來確定，再將實(shí)際載荷F與目標(biāo)載荷F0進(jìn)行比較，如果實(shí)際載荷在允差范圍內(nèi)，允差參數(shù)C2可以根據(jù)具體情況設(shè)定，則輸出信號(hào)維持不變，如果實(shí)際載荷超出了允差范圍，則輸出信號(hào)按照一定的比例增大或減小，比例調(diào)整系數(shù)C3可以根據(jù)具體情況設(shè)定，調(diào)整后的輸出參數(shù)也是0-10V的電壓信號(hào)，作為輸出控制模塊的輸入?yún)?shù)。

如圖1所示，輸出控制模塊包括儲(chǔ)氣罐3、比例閥4和氣壓作動(dòng)筒5；儲(chǔ)氣罐3為氣壓作動(dòng)筒5提供壓力源，儲(chǔ)氣罐3的壓力氣閥直接與比例閥4連接；比例閥4為輸出控制模塊的主要控制部件，比例閥4與集成控制器2通過數(shù)據(jù)線9連接，比例閥4接收集成控制器2的輸出控制信號(hào)，并按照設(shè)定的比例轉(zhuǎn)化成一定氣壓輸出給氣壓作動(dòng)筒5；氣壓作動(dòng)筒5用于對(duì)受試產(chǎn)品8施加力載荷。所述的儲(chǔ)氣罐3、比例閥4、氣壓作動(dòng)筒5為現(xiàn)有裝置，可從市場(chǎng)上購(gòu)得。

如圖1所示，反饋控制模塊包括力傳感器6和信號(hào)轉(zhuǎn)換器7；力傳感器6用于監(jiān)測(cè)作用在受試產(chǎn)品8上力載荷，力傳感器6采集的力信號(hào)不能直接被集成控制器2所識(shí)別，需要進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換；信號(hào)轉(zhuǎn)換器7的作用就是將力傳感器6采集的力信號(hào)轉(zhuǎn)換成集成控制器2能夠識(shí)別的電壓信號(hào)，并反饋給集成控制器2。所述的力傳感器6、信號(hào)轉(zhuǎn)換器7為現(xiàn)有裝置，可從市場(chǎng)上購(gòu)得。

試驗(yàn)過程中，先在觸控屏1的參數(shù)控制界面輸入控制參數(shù)，并點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕觸發(fā)加載系統(tǒng)動(dòng)作，集成控制器2就會(huì)進(jìn)入循環(huán)控制狀態(tài)，首先集成控制器2接受由信號(hào)轉(zhuǎn)換器7已處理過的可識(shí)別信號(hào)，然后集成控制器2將所采集的信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行比較后調(diào)整輸出信號(hào)，最后輸出控制模塊根據(jù)集成控制器2的輸出信號(hào)進(jìn)行載荷的調(diào)整，如此反復(fù)的循環(huán)最終保證受試產(chǎn)品8所受到的載荷穩(wěn)定在目標(biāo)載荷的允差范圍內(nèi)。

本實(shí)用新型包括觸控屏1、集成控制器2、輸出控制模塊和反饋控制模塊。本實(shí)用新型提供了一種小量級(jí)靜力加載試驗(yàn)系統(tǒng)，彌補(bǔ)了液壓加載系統(tǒng)在小量級(jí)靜力試驗(yàn)領(lǐng)域的不足之處，相比復(fù)雜的機(jī)器人手臂加載系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單和廉價(jià)，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)快速的搭建和應(yīng)用，對(duì)于多載荷協(xié)調(diào)加載需求也能很方便實(shí)現(xiàn)。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。