一种电子式动态试验机测控系统

技术领域

本发明涉及试验机测控领域，属于一种电子式动态试验机测控系统。

背景技术

目前，大部分动态试验机在进行试验的时候，都采用同步采集和发送的模式以对测控设备进行有效的反馈控制。当频率较高时，虽然测控精度得到提升，但系统负荷大，测控精度低，反之，当频率较低时，虽然系统负荷得到了缓解，但不可避免地测控精度难以得到保证，两者极难达到平衡，通常只能根据任务需求倾向其中一种效果，硬件执行效率极低。

另外，部分研究人员提出设置多条测控通道进行同步测控，然而该类型的试验机存在现场调定参数过程的复杂的问题，通道数越多，测试项目类型越多，参数调定过程的复杂度增长幅度越大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种硬件的执行效率高，可自动识别和生成参数的电子式动态试验机测控系统。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电子式动态试验机测控系统，所述电子式电动试验机测控系统包括：

计算机，其内部安装有上位机软件；

至少一组测控装置，每组测控装置构成一路测控通道，每组测控装置均包括动态控制器、水平安装在试验台上的力传感器，以及依次连接的伺服电机驱动器、伺服电机编码器和伺服电机，伺服电机的电缸竖直悬置在力传感器上方，在伺服电机驱动器的作用下竖直移动，力传感器和伺服电机驱动器均与动态控制器连接；动态控制器的内部安装有嵌入式软件，通过以太网与计算机进行通信连接；

所述上位机软件内设置有用于保存所有测控通道对应的多种动态波形的PID参数的PID参数数据库，计算机接收外部导入的实验项目，解析得到该实验项目对应的目标测控通道、动态波形、波形频率和波形幅值，结合PID参数数据库自动识别得到对应的PID参数，对识别结果进行模糊处理后生成对应的动态控制参数，将动态控制参数下发至动态控制器；

所述动态控制器根据计算机下发结果为对应的测控通道设置对应的PID参数，采用前馈和PID智能控制算法生成对应的动态波形以对伺服电机的工作状态进行调整，并且按照预设的采集周期采集伺服电机和力传感器的反馈数据，根据预设的发送周期将采集到的反馈数据统一上传至计算机进行处理，测控过程中动态控制器自身不保存PID参数；所述发送周期大于所述采集周期。

进一步地，所述嵌入式软件还用于：

在所述测控系统上电时进行自检；

在测控过程中，生成用于控制伺服电机的动态波形，根据预设的采集周期动态采集测控通道反馈的AD值和脉冲信号，以及根据预设的发送周期对测控系统进行异常诊断处理，将异常诊断结果和该发送周期内的采集结果整合成当前发送周期的上送数据发送至计算机。

进一步地，所述动态控制器的脉冲发生方式在识别到特征点后自动进入脉冲频率重新初始化生成并对PID参数进行实时调节，以发送下一周期的脉冲波形并更新对应的脉冲频率值。

所述动态控制器在识别到特征点后自动进入对PID参数进行实时调节，以发送下一周期的脉冲波形并更新对应的脉冲频率值。

进一步地，所述动态控制器生成的目标波形类别包括且不限于方波、正弦波、锯齿波和三角波。

进一步地，在处理方波阶跃波形时，所述动态控制器将方波的上升和下降过程分别等效成正弦波的上升和下降过程，并进行波形参数归一化处理。

进一步地，所述计算机接收外部导入的实验项目，解析得到该实验项目对应的测控通道、动态波形、波形频率和波形幅值，结合PID参数数据库自动识别得到对应的PID参数，对识别结果进行模糊处理后生成对应的动态控制参数，将动态控制参数下发至动态控制器的过程包括以下步骤：

S1，利用上位机软件将外部导入的实验项目进行拆分解析，得到对应的测控通道、动态波形、波形频率和波形幅值；结合PID参数数据库自动识别得到对应的PID参数，对识别结果进行模糊处理后生成对应的动态控制参数，所述动态控制参数包括PID各项参数、前馈量、饱和值和PID参数分段门限；

S2，上位机软件根据预先设定的参数地址协议，将步骤S1中识别得到的动态控制参数发送至对应的地址进行参数更新；

S3，动态控制器内的嵌入式软件接收上位机软件发送的动态控制参数，在参数界面内进行基本安全识别后即时进行参数的更新应用。

进一步地，所述计算机通过静态加载方式将目标控制通道记载到动态波形进入的码值初始值并进入持荷状态；

所述动态控制器在持荷状态下接收计算机下发的动态控制参数，进入动态控制过程。

进一步地，所述动态控制器根据计算机下发结果为对应的测控通道设置对应的PID参数，采用前馈和PID智能控制算法生成对应的动态波形以对伺服电机的工作状态进行调整。

进一步地，所述动态控制器按照预设的采集周期采集伺服电机和力传感器的反馈数据，根据预设的发送周期将采集到的反馈数据统一上传至计算机进行处理，包括：

对于模拟通道，采用m路同步采样，每隔一个时间片T

对于数字脉冲通道，采用d路同步采样，每隔一个时间片T

按照固定时间周期T

进一步地，所述上位机软件还用于：

在系统上电后进行自检，并且连接动态控制器读取动态控制器内部保存的运行参数，将读取结果与自身保存的运行参数进行核对校验，在自检和动态控制器校验通过后将自身和动态控制器均切换成READY状态等待测控指令；

对测控实验过程进行系统参数设置和过程控制，以及异常处理、试验报表输出；

通过图形化界面显示系统参数、过程控制参数和测控结果数据。

本发明的有益效果在于：

本发明通过测控频率和通信频率的区分，有效解决了测控精度要求高和系统负荷不足的矛盾，能有效提升硬件的执行效率。

本发明上位机软件通过多种表格的组合可实现对不同通道、不同波形、不同频率等的参数自动识别和生成，有效减少了现场调定参数过程的复杂性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本实施例的电子式动态试验机测控系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本实施例的电子式动态试验机测控系统的结构示意图。如图1所示，该电子式动态试验机测控系统，包括计算机1和多个测控装置。

(一)计算机1

本实施例的计算机1可以采用工控机或者工控屏等多种具有运算处理能力的计算设备。计算机1内安装有上位机软件。

本实施例的计算机1作为主控设备，用于接收外部导入的实验项目，计算机内部的上位机软件将外部导入的实验项目进行拆分解析，解析得到对应的测控通道、动态波形、波形频率和波形幅值；结合PID参数数据库自动识别得到对应的PID参数，对识别结果进行模糊处理后生成对应的动态控制参数，所述动态控制参数包括PID各项参数、前馈量、饱和值和PID参数分段门限；上位机软件根据预先设定的参数地址协议，将识别得到的动态控制参数发送至对应的地址进行参数更新，更新后将模糊处理的对应动态控制参数下发至动态控制器3，动态控制器3内部安装的嵌入式软件根据接收到的PID各项参数、前馈量、饱和值、PID参数分段门限类动态控制参数，在参数界面内进行基本安全识别后即时进行参数的更新应用，实现对动态控制器3进行有效控制。PID参数数据库中存储有所有测控通道对应的多种动态波形的PID参数。

另外，上位机软件还用于：

(1)在系统上电后进行自检，并且连接动态控制器3读取动态控制器3内部保存的运行参数，将读取结果与自身保存的运行参数进行核对校验，在自检和动态控制器3校验通过后将自身和动态控制器3均切换成READY状态等待测控指令。

(2)对测控实验过程进行系统参数设置和过程控制，以及异常处理、试验报表输出。

(3)通过图形化界面显示系统参数、过程控制参数和测控结果数据。

(二)测控装置

测控装置包括动态控制器3、力传感器7、伺服电机驱动器2、伺服电机编码器4和伺服电机5，伺服电机驱动器2、伺服电机编码器4和伺服电机5依次连接，伺服电机5的电缸6竖直悬置在力传感器上方，在伺服电机驱动器2的作用下竖直移动，力传感器7和伺服电机驱动器2均与动态控制器3连接；动态控制器3的内部安装有嵌入式软件，通过以太网与计算机1进行通信连接。本实施例可并联多个测控装置组成多个试验装置，并通过上位机软件统一控制多个测控装置同时工作对多个目标对象进行测控实验，并将结果自动存储在动态控制器3中，按照预设的发送周期将采集到的反馈数据统一上传至计算机1进行处理。

动态控制器3根据计算机1下发结果为对应的测控通道设置对应的PID参数，采用前馈和PID智能控制算法生成对应的动态波形以对伺服电机5的工作状态进行调整，并且按照预设的采集周期采集伺服电机5和力传感器7的反馈数据，测控过程中动态控制器3自身不保存PID参数。

动态控制器3的嵌入式软件要实现动态波形的发生和控制，支持的波形包括且不限于方波、正弦波、锯齿波、三角波、自定义波形等。在处理方波阶跃波形时通过将上升和下降过程分别等效为正弦波的上升和下降过程，对进行参数的归一化处理(实施例中采用10Hz的正弦波曲线参数)。对于各种波形的控制采用前馈+PID的智能控制算法，嵌入式软件通过智能识别目标波形的特征点对参数进行实时调节，每一组通道均设置有对应的PID参数，但不对同一通道的各种不同波形进行PID参数的保存。计算机1内的上位机软件实时接收来自动态控制器3以太网上送的数据，不同通道的各种不同波形的PID参数由上位机软件进行保存，其可根据不同通道、不同波形、不同频率、不同幅值进行PID参数智能识别、模糊处理以及在线下发应用，从而减少了现场调定参数过程的复杂性。所述的上位机软件具有支持各种不同实验项目导入、报表的生成、试验过程的控制。

测控系统上电时会进行自检；测控过程中，生成用于控制伺服电机5的动态波形，根据预设的采集周期动态采集测控通道反馈的AD值和脉冲信号，以及根据预设的发送周期对测控系统进行异常诊断处理，将异常诊断结果和该发送周期内的采集结果整合成当前发送周期的上送数据发送至计算机1。

例如同步进行4种橡胶材质的疲劳性能测试，计算机1接收导入的实验项目，解析得到对应的测控通道、动态波形、波形频率和波形幅值，每个测控装置构成一路测控通道，对比PID参数数据库自动识别得到对应的PID参数，将对识别结果进行模糊处理后生成对应的动态控制参数，将动态控制参数下发至动态控制器3，通过计算机1图形界面可以可观察系统参数、过程控制参数和测控结果数据，生成实验报表。

为了提升硬件的执行效率，在具体实施方式中，将测控频率和通信频率的区分，动态控制器3按照预设的采集周期采集伺服电机5和力传感器7的反馈数据，根据预设的发送周期将采集到的反馈数据统一上传至计算机1进行处理，该过程由动态控制器3的嵌入式软件实时高速处理。具体的：①对于模拟通道，可支持m路同步采样(例如，将m定为4)，主芯片每隔一个时间片T

除了采样数据外，为了确保信息传输的完善性，本实施例提出采用以下规则定义以太网应用报文：报头+校验码+系统状态+异常状态+按照T

例如，将试件电线放入测控装置内进行测试，计算机1接收此次导入的电线性能测试，将实验采集到的采样数据发送至动态控制器3，动态控制器3根据预设的时间片，将采样数据写入上送数据队列，再经过一段时间的采样后，再将上送数据队列中这一段时间内的采样数据一起发送至计算机1，发送的数据还包括本次测控系统的状态信息，如测控过程中诊断某个模拟通道发现异常，异常结果和当前发送周期内的采集结果会被整合成本次应用报文一起发送至计算机1，用户通过计算机1的图形化界面对上送数据进行查看，当由异常发生时，也可以通过计算机1的图形界面输入相应的控制指令以对异常通道进行控制与处理。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。