膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)研究.pdf

1、近現(xiàn)代，膜材由于其自身的密度小、重量輕、強(qiáng)度高、壽命長(zhǎng)、抗震性好、施工便利等一系列優(yōu)點(diǎn)，在建筑、航天、航空等領(lǐng)域有普遍的應(yīng)用。但是，膜材是一種典型的非線性、各向異性的柔性復(fù)合材料，具有復(fù)雜的力學(xué)特征，其模型很難用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式精確表示。對(duì)膜材的計(jì)算分析、工藝制造、工程設(shè)計(jì)，基本都是基于其材料特性參數(shù)。因此，采用合適的試驗(yàn)方法，獲取膜材的材料特性參數(shù)，是膜材應(yīng)用的基礎(chǔ)，對(duì)膜材的發(fā)展具有一定的推進(jìn)作用。
　　目前，膜材材料特性參數(shù)

2、的測(cè)量基本都是基于單軸的拉伸試驗(yàn)。但是，膜材應(yīng)用的常態(tài)是雙軸受力，與單軸受力有著明顯的差異。設(shè)計(jì)時(shí)如果只參考單軸受力試驗(yàn)的結(jié)果，容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)的不合理，產(chǎn)生安全隱患。因此，開展膜材雙軸加載試驗(yàn)研究具有理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)所設(shè)計(jì)的一種膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)，本論文重點(diǎn)研究適用于不同試驗(yàn)加載方式、不同加載譜、不同膜材試件的控制策略。為此，完成了膜材特性分析及膜材雙軸試驗(yàn)要求分析、膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加載

3、控制系統(tǒng)仿真與控制策略分析、控制系統(tǒng)軟件開發(fā)、試驗(yàn)樣機(jī)制作與相關(guān)的試驗(yàn)分析等。
　　本論文的研究工作主要包括以下五個(gè)部分：
　　首先，分析了膜材的力學(xué)特性及膜材雙軸加載試驗(yàn)的試驗(yàn)要求，為膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和參考，進(jìn)而為系統(tǒng)的控制策略的研究提供了明確的方向。
　　其次，根據(jù)膜材的力學(xué)特性和雙軸加載試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)；完成了試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并使用SolidWorks

4、軟件建立了試驗(yàn)臺(tái)架的三維模型；確立了控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)加載系統(tǒng)的力閉環(huán)控制、位置閉環(huán)控制和速度閉環(huán)控制。
　　再次，基于AMESim軟件，建立了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的仿真模型，對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、力跟蹤特性、位置跟蹤特性和速度跟蹤特性進(jìn)行了仿真分析。
　　然后，根據(jù)膜材的力學(xué)特性及其雙軸加載要求，參照AMESim建模仿真的結(jié)果，設(shè)計(jì)了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的控制策略，并引入了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法；利用

5、AMESim和Simulink的聯(lián)合仿真，對(duì)所提出的控制策略及控制算法進(jìn)行了進(jìn)一步的仿真驗(yàn)證。
　　最后，完成了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)軟件的開發(fā)，搭建了試驗(yàn)樣機(jī)和開展了相關(guān)的加載試驗(yàn)，并將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比驗(yàn)證分析。
　　試驗(yàn)結(jié)果表明，本論文所設(shè)計(jì)的膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)能夠滿足膜材雙軸加載試驗(yàn)的需求，具有較好的穩(wěn)定性和力/位置/速度跟蹤特性；特別是所提出的基于位置補(bǔ)償?shù)目刂撇呗院托?/p>