雙軸四通道試驗(yàn)系統(tǒng)(如圖 1 所示)既可實(shí)現(xiàn)多軸同步加載,又可進(jìn)行單軸獨(dú)立加載,廣泛應(yīng)用于力學(xué)性能測(cè)試、工程材料性能測(cè)試、構(gòu)件形變分析等領(lǐng)域。目前,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要有伺服電機(jī)和液壓作動(dòng)器兩種驅(qū)動(dòng)方式。伺服電機(jī)控制精度高.適合于小載荷、低頻響試驗(yàn);液壓作動(dòng)器雖然控制精度低于伺服電機(jī).但載荷大,頻響高。如果采用靜壓作動(dòng)器.4 個(gè)通道均可滿足 100Hz 以上的試驗(yàn)需求。

當(dāng)系統(tǒng)采用伺服電機(jī)時(shí),由于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器自帶內(nèi)閉環(huán),因此應(yīng)用經(jīng)典 PID 控制方式便可以達(dá)到較好的控制效果。當(dāng)系統(tǒng)采用液壓作動(dòng)器時(shí),由于液壓系統(tǒng)的非線性,僅使用傳統(tǒng) PID 控制方式很難達(dá)到預(yù)期的控制效果。本文采用增加微分負(fù)反饋及前饋方式,可以有效增加系統(tǒng)阻尼,減小超調(diào)量,同時(shí)因?yàn)椴捎们梆佈a(bǔ)償.提高了系統(tǒng)的跟蹤性能。系統(tǒng)控制原理如圖 5 所示，上位機(jī)軟件也相應(yīng)地增加了前饋及負(fù)反饋參數(shù)變量。

圖 5 系統(tǒng)控制原理圖

原位控制也可稱為定心控制,分為靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種控制方式。靜態(tài)方式控制相對(duì)簡(jiǎn)單,對(duì)于精度要求不是特別高的情況,通過(guò)傳統(tǒng) PID 控制或者上位機(jī)軟件進(jìn)行相位補(bǔ)償就可以達(dá)到試驗(yàn)需求。但動(dòng)態(tài)控制過(guò)程中,由于頻響較高，導(dǎo)致控制精度下降,所以必須在下位機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。本文采用增加 4 個(gè)小量程、高精度位移傳感器測(cè)量試驗(yàn)過(guò)程中的變形，因此整個(gè)系統(tǒng)需要兩套閉環(huán)控制算法,也就是 X軸和Y軸方向的兩套中心點(diǎn)偏差自身形成閉環(huán)控制,最終每個(gè)通道的被控對(duì)象收到的命令就是標(biāo)準(zhǔn) PID 輸出與中心點(diǎn)偏差 PID 輸出,原位控制原理如圖 6 所示。

圖 6 原位控制原理圖

試驗(yàn)中若要保持試樣中心點(diǎn)不變,首先要測(cè)量中心點(diǎn)的位置。判斷中心點(diǎn)位置有兩種方式:一是通過(guò)主位移傳感器,二是每個(gè)作動(dòng)器都配置一個(gè)小量程、高精度位移傳感器.因?yàn)橹魑灰苽鞲衅髁砍檀?在變形較小的試驗(yàn)中無(wú)法滿足測(cè)量精度的要求，所以在雙軸四通道試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中采用第二種方案。雙軸四通道試驗(yàn)系統(tǒng)具有 4 個(gè)服控制通道.4個(gè)通道可分為X軸和Y軸兩個(gè)方向,每個(gè)軸有對(duì)稱的兩個(gè)通道。試驗(yàn)過(guò)程中.在調(diào)節(jié)中心點(diǎn)時(shí),要分別確保每個(gè)軸的中點(diǎn)不變。