諧振式材料疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)振動(dòng)載荷的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)研究.pdf

1、疲勞試驗(yàn)即測(cè)出各種結(jié)構(gòu)材料在不同的交變載荷作用下的疲勞壽命，對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品可靠性保證具有十分重要的意義。諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)是基于共振原理的用于測(cè)定金屬材料疲勞特性的試驗(yàn)設(shè)備，因其工作頻率高、能量消耗低、試驗(yàn)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)被廣泛地應(yīng)用在高等院?？蒲泻徒虒W(xué)及工業(yè)生產(chǎn)等各部門(mén)。目前，高頻疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)存在的主要問(wèn)題是因試驗(yàn)過(guò)程中試樣剛度隨裂紋擴(kuò)展而逐漸減小，造成系統(tǒng)共振頻率點(diǎn)的改變從而影響了工作臺(tái)的共振振幅，因此需要通過(guò)調(diào)節(jié)試驗(yàn)機(jī)的工作載荷

2、來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的恒幅控制?；诟哳l疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的時(shí)變性，論文提出了模型預(yù)測(cè)控制在高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)研究，通過(guò)對(duì)被控對(duì)象的精確建模分析了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，以此為依據(jù)對(duì)試驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)載荷進(jìn)行了模型預(yù)測(cè)控制。主要研究工作和取得成果如下：
　　 (1)建立了被控對(duì)象的雙自由度線性定常及時(shí)變兩個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)力學(xué)模型，通過(guò)理論分析計(jì)算得出了線性定常系統(tǒng)固有頻率和共振振幅的表達(dá)式，并分析了試樣剛度對(duì)兩者的影響；將裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)得到的裂紋

3、與時(shí)間的關(guān)系代入試樣剛度模型，根據(jù)線性時(shí)變系統(tǒng)模型仿真得到了系統(tǒng)固有頻率和共振振幅隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。
　　 (2)依據(jù)預(yù)測(cè)控制中的動(dòng)態(tài)矩陣控制(DMC)算法建立了諧振式高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)載荷控制系統(tǒng)的預(yù)測(cè)模型，根據(jù)仿真得到的系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程不同階段的振幅階躍響應(yīng)曲線，用MATLAB7.0分階段設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)控制器并總結(jié)了控制參數(shù)的選取對(duì)控制器性能的影響。
　　 (3)開(kāi)發(fā)了基于LabVIEW8.5的虛擬儀器實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了控制系統(tǒng)的

4、應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)了基于動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的預(yù)測(cè)控制器的在線應(yīng)用，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)控制器的性能進(jìn)行了評(píng)估。
　　 論文以電磁諧振式高頻疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)設(shè)計(jì)了預(yù)測(cè)控制器，并通過(guò)仿真分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證體現(xiàn)了預(yù)測(cè)控制的優(yōu)越性。本文的創(chuàng)新點(diǎn)為首次將模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)運(yùn)用到高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)載荷控制系統(tǒng)中，并通過(guò)MATLAB7.0和LabVIEW8.5聯(lián)合編程實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)矩陣控制算法的實(shí)際應(yīng)用，方便了對(duì)被控對(duì)象輸入輸出的監(jiān)測(cè)控制，提高了程序的運(yùn)行效