液壓伺服扭轉(zhuǎn)疲勞試驗機仿真與測控系統(tǒng)研究.pdf

1、大型彈性軸類零件，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。對其動態(tài)性能測試需要大扭矩扭轉(zhuǎn)試驗機，相對于利用電動缸的電動伺服系統(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。論文重點研究液壓伺服扭轉(zhuǎn)試驗機的機電液方案、電液系統(tǒng)仿真以及測控系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。
　　大扭矩扭轉(zhuǎn)試驗機的傳動機構(gòu)，是利用液壓缸和逆滾珠螺旋機構(gòu)將直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)擺振運動

2、，實現(xiàn)被測元件的動態(tài)性能測試。試驗機的測控系統(tǒng)，以FPGA作為核心控制單元，通過 USB與上位機進行通信，傳輸采樣數(shù)據(jù)和控制命令，并以FPGA為核心進行控制算法運算，實現(xiàn)對液壓元件和電機的伺服控制。
　　針對機械液壓系統(tǒng)仿真設(shè)計，提出一種基于SolidWorks/Matlab的扭轉(zhuǎn)試驗機聯(lián)合建模與仿真方法，運用 SolidWorks軟件對力轉(zhuǎn)換機構(gòu)進行三維實體建模，然后，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的SimMechanics模型，添加必要的接口模塊

3、和被測負載模型。對液壓系統(tǒng)建立 SimHydraulics模型，根據(jù)系統(tǒng)特性選擇 PID控制器，建立完整的試驗機系統(tǒng)模型。最后，對模型進行基于位置閉環(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，并驗證系統(tǒng)的可行性。
　　針對扭轉(zhuǎn)試驗機的測控系統(tǒng)特征，通過分析比較，綜合考慮功能需求、成本、以及資源利用率，后期擴展等因素，選用上位機+伺服控制器方式的測控系統(tǒng)方案，并以FPGA作為主控單元，結(jié)合USB總線，完成FPGA與

4、上位機的數(shù)據(jù)通信，以及對液壓元件和電機實現(xiàn)伺服控制。然后，分析基于 FPGA測控系統(tǒng)的伺服控制器的方案，重點設(shè)計 FPGA核心電路、USB接口電路、AD采樣電路、DA轉(zhuǎn)換電路和、存儲器電路、電源電路等。最后，設(shè)計軟件架構(gòu)，將軟件設(shè)計分為FPGA底層控制程序、固件驅(qū)動層USB接口驅(qū)動程序和設(shè)備驅(qū)動層與應(yīng)用層程序。分別設(shè)計USB接口驅(qū)動層，設(shè)備驅(qū)動與應(yīng)用層程序，給出部分FPGA功能模塊的程序設(shè)計與仿真。仿真結(jié)果表明，F(xiàn)PGA設(shè)計的程序滿足芯