液壓伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)仿真與測(cè)控系統(tǒng)研究.pdf

1、大型彈性軸類(lèi)零件，尤其是彈性聯(lián)軸器，由于其優(yōu)良的性能在礦山設(shè)備、艦艇船舶、石油化工、航空航天等諸多重要領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。對(duì)其動(dòng)態(tài)性能測(cè)試需要大扭矩扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)，相對(duì)于利用電動(dòng)缸的電動(dòng)伺服系統(tǒng)，基于液壓缸的液壓伺服系統(tǒng)，能夠輸出更高功率，且效率高、成本低。論文重點(diǎn)研究液壓伺服扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的機(jī)電液方案、電液系統(tǒng)仿真以及測(cè)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。
　　大扭矩扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，是利用液壓缸和逆滾珠螺旋機(jī)構(gòu)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)擺振運(yùn)動(dòng)

2、，實(shí)現(xiàn)被測(cè)元件的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。試驗(yàn)機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)，以FPGA作為核心控制單元，通過(guò) USB與上位機(jī)進(jìn)行通信，傳輸采樣數(shù)據(jù)和控制命令，并以FPGA為核心進(jìn)行控制算法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓元件和電機(jī)的伺服控制。
　　針對(duì)機(jī)械液壓系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)，提出一種基于SolidWorks/Matlab的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)聯(lián)合建模與仿真方法，運(yùn)用 SolidWorks軟件對(duì)力轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維實(shí)體建模，然后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的SimMechanics模型，添加必要的接口模塊

3、和被測(cè)負(fù)載模型。對(duì)液壓系統(tǒng)建立 SimHydraulics模型，根據(jù)系統(tǒng)特性選擇 PID控制器，建立完整的試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)模型。最后，對(duì)模型進(jìn)行基于位置閉環(huán)反饋和扭矩閉環(huán)反饋的仿真，結(jié)果表明該系統(tǒng)具有較好的跟蹤性能，并驗(yàn)證系統(tǒng)的可行性。
　　針對(duì)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)特征，通過(guò)分析比較，綜合考慮功能需求、成本、以及資源利用率，后期擴(kuò)展等因素，選用上位機(jī)+伺服控制器方式的測(cè)控系統(tǒng)方案，并以FPGA作為主控單元，結(jié)合USB總線，完成FPGA與

4、上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信，以及對(duì)液壓元件和電機(jī)實(shí)現(xiàn)伺服控制。然后，分析基于 FPGA測(cè)控系統(tǒng)的伺服控制器的方案，重點(diǎn)設(shè)計(jì) FPGA核心電路、USB接口電路、AD采樣電路、DA轉(zhuǎn)換電路和、存儲(chǔ)器電路、電源電路等。最后，設(shè)計(jì)軟件架構(gòu)，將軟件設(shè)計(jì)分為FPGA底層控制程序、固件驅(qū)動(dòng)層USB接口驅(qū)動(dòng)程序和設(shè)備驅(qū)動(dòng)層與應(yīng)用層程序。分別設(shè)計(jì)USB接口驅(qū)動(dòng)層，設(shè)備驅(qū)動(dòng)與應(yīng)用層程序，給出部分FPGA功能模塊的程序設(shè)計(jì)與仿真。仿真結(jié)果表明，F(xiàn)PGA設(shè)計(jì)的程序滿足芯