【摘 要】介紹了獨(dú)立伺服控制器的結(jié)構(gòu)和功能，研究了獨(dú)立伺服控制器在疲勞試驗(yàn)應(yīng)用中的新方法。

【關(guān)鍵詞】獨(dú)立伺服控制器；疲勞試驗(yàn)；標(biāo)定；增益；阻尼

0.前言

獨(dú)立伺服控制器是一種通用的獨(dú)立數(shù)字式伺服控制器，可以不通過(guò)PC而獨(dú)立進(jìn)行操作。每一個(gè)機(jī)架可以控制最多4 個(gè)控制通道。通過(guò)前面板上一個(gè)旋轉(zhuǎn)/按下式按鈕，配合一個(gè)640×480分辨率的彩色液晶顯示屏，可以實(shí)現(xiàn)控制器的絕大部分操作功能。

1.系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

控制器是一個(gè)數(shù)字控制單元。這個(gè)單元實(shí)現(xiàn)了一個(gè)高逼真度閉環(huán)控制系統(tǒng)。控制器作動(dòng)筒的結(jié)合可以認(rèn)為是一個(gè)“靈巧的作動(dòng)筒”。當(dāng)使用這個(gè)系統(tǒng)時(shí)，不再需要對(duì)命令信號(hào)放大，以保證命令輸出的響應(yīng)特性?？刂破髋c實(shí)時(shí)前端之間的線路采用實(shí)時(shí)光纖通訊聯(lián)接，這就使得控制器可以放在離作動(dòng)筒很近的地方。系統(tǒng)中使用的模擬電纜通常昂貴而且容易受噪聲干擾，現(xiàn)在可以盡量縮短了，這就使得其信噪比更高。

2.控制器的功能

控制器作為一個(gè)控制液壓或電動(dòng)作動(dòng)筒的本地控制器，它有控制回路、安全系統(tǒng)、測(cè)試回路、自檢功能、直流-直流轉(zhuǎn)換。在正常操作中， 安裝在作動(dòng)筒上的力傳感器測(cè)量作用在試驗(yàn)件上的實(shí)際力。信號(hào)反饋給控制器回路， 在控制回路中把測(cè)量信號(hào)與來(lái)自計(jì)算機(jī)的命令力信號(hào)進(jìn)行比較。控制回路控制作動(dòng)筒，在一個(gè)大頻率帶寬命令情況下，使實(shí)際測(cè)量力與命令力以高精度相等。安全系統(tǒng)同時(shí)采用了硬件和軟件兩種方式，嵌入到了控制器中，并且在所有可選回路中進(jìn)行不間斷的安全檢查。安全系統(tǒng)檢查命令信號(hào)與測(cè)量力之間的差異是否比用戶預(yù)設(shè)的極限??；測(cè)量力是否超出用戶預(yù)設(shè)的極限值；力A和力B之間的差異是否超出了用戶預(yù)設(shè)的極限值；是否超過(guò)了其它安全限制；內(nèi)部供電是否在公差之內(nèi)；控制器和實(shí)時(shí)前端之間的通訊是否中斷；控制器軟件迭代是否正常。根據(jù)安全系統(tǒng)超過(guò)了誤差限制，液壓或電動(dòng)系統(tǒng)將關(guān)閉，同時(shí)控制器將啟動(dòng)自檢程序。自檢之后，狀態(tài)返回給實(shí)時(shí)前端，系統(tǒng)進(jìn)入等待模式。

3.特殊功能

在力和位移控制模式中，控制器將根據(jù)命令或安全保護(hù)原因轉(zhuǎn)換到等待狀態(tài)。隨著這個(gè)動(dòng)作，時(shí)實(shí)命令將立即去掉，以便控制液壓系統(tǒng)卸掉油壓。隨后，控制器將持續(xù)控制伺服閥電流1.2秒鐘，以便減輕任何由液壓切換帶來(lái)的瞬時(shí)沖擊。1.2秒之后，控制器將向伺服閥發(fā)送一個(gè)持續(xù)30秒的抖動(dòng)信號(hào)。這將幫助從作動(dòng)筒去除所有保留的能量，并適用于缺乏卸壓設(shè)備的液壓系統(tǒng)。它還防止了作動(dòng)筒在這30秒之內(nèi)被鎖定。這個(gè)抖動(dòng)信號(hào)大小等于伺服閥電流極限設(shè)置值20%，頻率為40Hz。

4.PID調(diào)節(jié)

首先設(shè)定通道范圍、工作范圍、伺服閥的電流值、安全極限， 絕對(duì)安全極限是以滿量程的百分比定義。+8%的力A安全保護(hù)最大值和-8%的力A安全保護(hù)最小值通常是比較適當(dāng)?shù)?，而且是一個(gè)安全的啟動(dòng)值。

當(dāng)加壓之后，可以開始調(diào)節(jié)系統(tǒng)了：驗(yàn)證力和位置的正確符號(hào)規(guī)定（通常已經(jīng)在標(biāo)定的過(guò)程中完成了）；為比例增益輸入一個(gè)小的值（例如0.2）；為積分增益輸入一個(gè)小的值（例如0.2）；系統(tǒng)加壓并監(jiān)視其響應(yīng)（緊急停止應(yīng)當(dāng)處于伸手可及的位置）；如果系統(tǒng)加壓， 而且沒有由于超過(guò)安全限制而關(guān)閉，那么就可以認(rèn)為這個(gè)增益是最佳的。如果系統(tǒng)由于引發(fā)力A失效保護(hù)極限而關(guān)閉，驗(yàn)證伺服閥極性是否正確。伺服閥極性可以通過(guò)把伺服閥回路的增益改為-1來(lái)顛倒過(guò)來(lái)。改變了伺服閥極性之后，系統(tǒng)應(yīng)該在控制內(nèi)。如果系統(tǒng)還是由于力過(guò)高而關(guān)閉，這個(gè)增益就太低了。增益優(yōu)化。把命令力調(diào)整到平均值（例如0）；生成一個(gè)小振幅，幅值為整個(gè)范圍的5%，低頻率（如0.3Hz）的方波命令；開始手動(dòng)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)P，當(dāng)出現(xiàn)激振時(shí)，將P改為原來(lái)的1/4或1/2； 調(diào)節(jié)I，當(dāng)出現(xiàn)激振時(shí)，將P改為原來(lái)的1/4或1/2；最小化阻尼增益，如果出現(xiàn)低頻不穩(wěn)定或出現(xiàn)超調(diào)，緩慢增加阻尼增益；如果在定值力控制中出現(xiàn)力零偏，必須對(duì)伺服閥零偏參數(shù)進(jìn)行精調(diào)。波形改為正弦波，增大頻率，微調(diào)PID。增大幅值，微調(diào)PID，達(dá)到理想狀態(tài)。打開幅值匹配和相位匹配。

5.獨(dú)立伺服控制器的優(yōu)點(diǎn)

傳感器自動(dòng)識(shí)別功能，它允許控制器自動(dòng)識(shí)別聯(lián)結(jié)在上面的傳感器，并把諸如序列號(hào)和標(biāo)定數(shù)據(jù)等重要信息自動(dòng)復(fù)制到試驗(yàn)文件中。

控制器具有可擴(kuò)展性，使用一個(gè)機(jī)架就可以擴(kuò)展到4個(gè)試驗(yàn)通道的獨(dú)立伺服控制器。如果想要使用更多的通道，還可以把多個(gè)機(jī)架聯(lián)接到一起。

控制器的可靠性高，控制器的硬件使用的是控制器產(chǎn)品線所生產(chǎn)的成熟產(chǎn)品。實(shí)際上，在控制器中所使用的控制器單元，在世界上累計(jì)使用的數(shù)量已經(jīng)超過(guò)1000個(gè)。控制器同時(shí)提供了更多的安全性能，以保護(hù)試驗(yàn)件。

6.獨(dú)立伺服控制器系統(tǒng)標(biāo)定

選擇力控模式，進(jìn)入設(shè)置下面的控制通道的標(biāo)定向?qū)?。參?shù)設(shè)定，如傳感器的范圍、力的單位、傳感器的靈敏度系數(shù)等。給傳感器一個(gè)壓力，看傳感器的極性是否正確，如不正確，改極性為負(fù)后重新標(biāo)定。測(cè)量零偏值，進(jìn)行修正，完成標(biāo)定。

7.獨(dú)立伺服控制器應(yīng)用

7.1位移反饋信號(hào)干擾的解決

在力控模式下的疲勞試驗(yàn)中，在信息欄中，位移反饋信號(hào)有隨機(jī)值，后考慮是因?yàn)槲灰苽鞲衅麟m然沒接，但獨(dú)立控制器中有位移放大，所以在手動(dòng)標(biāo)定中把位移傳感器的增益值1改為0后，位移反饋信號(hào)為零，解決了位移反饋信號(hào)干擾的問(wèn)題。

7.2試驗(yàn)頻率的提高

試驗(yàn)頻率的設(shè)定有兩種方式，剛開始，為了快速提高頻率，在試驗(yàn)頻率的設(shè)定欄中直接輸入頻率值，可是發(fā)現(xiàn)整個(gè)試驗(yàn)系統(tǒng)并不是快速適應(yīng)PID的值，后利用手動(dòng)調(diào)節(jié)的旋鈕進(jìn)行慢速調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)效果顯著。

8.結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)獨(dú)立伺服控制器的應(yīng)用，為疲勞試驗(yàn)提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]秦大同.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，化學(xué)工業(yè)出版社.

[2]王簫.現(xiàn)代控制理論及應(yīng)用，哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.