材料試驗機是一種常用的力學試驗設備服務，用于測試各種材料的力學性能‘數據。隨著各行業(yè)對新材料的需求越來越廣泛效率和安，材料的力學性能測試已成為關鍵。傳統(tǒng)試驗機只能靠試驗人員觀察邁出了重要的一步，根據經驗加以手工調整產能提升，通過指針表盤的讀數(shù)計算得到材料性能數(shù)據，操作復雜品牌。按照現(xiàn)行的材料測試標準適應能力，傳統(tǒng)試驗機無法達到要求設施，也將逐漸被淘汰。因此快速增長，本研究將基于Delphi語言的軟件技術與基于單片機的自動控制技術相結合要求，應用于材料試驗機的控制系統(tǒng)中，通過對通用材料拉伸通過活化、壓縮等試驗標準進行分析的基礎上開放以來，建立試驗機測控系統(tǒng)軟硬件與試驗標準規(guī)程之間的關系，提出模塊化的上競爭力所在、下位機軟件及硬件的設計方法能力建設。
本研究在建立測控系統(tǒng)上位機軟件及下位機軟、硬件平臺的基礎上對所提出的模塊化實驗設計方法進行評價先進的解決方案，同時進行多目標持荷試驗基礎、水泥膠砂抗壓試驗以及金屬拉伸試驗，以期解決材料試驗機功能單一自然條件、試驗擴展復雜的缺點擴大公共數據。
1 測控系統(tǒng)硬件設計
本研究以 AVR 單片機為核心，基于硬件模塊化設計的思想體系流動性，實現(xiàn)了測控系統(tǒng)的硬件結構設計標準，其主要包含 6個子模塊，系統(tǒng)結構如圖 1 所示助力各行。
1． 1 單片機最小系統(tǒng)
該系統(tǒng)采用 AVR 系列單片機 Atmega16L經過，其最小系統(tǒng)由單片機、電源互動互補、晶振以及復位電路組成核心技術體系。復位電路是在進行系統(tǒng)硬件設計中常見的一種電路，而一個系統(tǒng)復位電路設計的好壞力度，直接影響到整個系統(tǒng)工作的可靠性新產品。故該系統(tǒng)復位電路根據 AVR 單片機的低電平復位特點，直接由 10 kΩ 上拉電阻實現(xiàn)持續發展，簡單可靠更加廣闊。晶振電路采用陶瓷晶體與雙 30 p F 電容組成，頻率 8 MHz合作。
1． 2 高精度 A / D 轉換模塊
該模塊采集壓力、變形等模擬信號，經濾波放大后輸入 A/D 轉換器勇探新路，轉換成數(shù)據信號長遠所需，傳遞給單片機。
放大器采用 OP07擴大，A/D 采用 AD7710非常完善，均為模擬器件公司的高精度器件傳遞。
1． 3 拉線編碼器解碼模塊
拉線編碼器用于測試工作臺位移，包括方向解碼和位解碼不斷完善，方向解碼采用 74LS74相關，編碼器的 A、B 相信號基地，經過光電耦合器隔離進入方向解碼和單片機，方向信號也輸入單片機大力發展，通過單片機進行計數(shù)和位移計算約定管轄。
1． 4 精密電源模塊
電源模塊給所有 IC 供電，其中最關鍵的是給AD7710 提供精密電壓源集成技術，精密電壓源由 LM336 提供新創新即將到來。
1． 5 串口通訊模塊
串口通訊實現(xiàn)下位機與上位機的數(shù)據通訊，下位機將采集到的信號傳遞給上位機創新的技術，上位機則下發(fā)命令告訴下位機該執(zhí)行的動作設計能力。在本研究中，通訊芯片采用 MAX232有序推進。
1． 6 開關量輸出模塊
開關量的作用包括兩部分: ①實現(xiàn)對步進電機方向和脈沖輸出控制; ②輸出實現(xiàn)系統(tǒng)的過載保護適應性。
2 軟件設計
2． 1 上位機設計
目前試驗機測控軟件操作復雜，對實驗員水平要求高深入開展。本研究通過軟件架構的調整來解決這個問題更優美。軟件分成 3 大塊: 主程序、設備配置模塊和試驗模塊，后兩者均以 DLL 形式封裝更為一致，前者用于支持不同機型，后者便于擴展新的試驗方法堅定不移。動態(tài)鏈接庫( Dy-namic Link Library落地生根，DLL) ，它是一種函數(shù)或資源庫技術的開發，可以編寫成與語言無關的方式成效與經驗，被應用程序或其他 DLL文件調用。所以主程序支持在不同試驗模塊間的切換研學體驗，當實驗員切換到某個預置的試驗模塊結構不合理，與該試驗相關的控制過程、數(shù)據記錄和結果分析方法都被完全定制深刻內涵，把實驗員從專業(yè)競爭力、繁瑣的參數(shù)設置中解脫出來。
主程序將管理并呈現(xiàn)另外兩個模塊的信息逐步改善，主程序結構如圖 2 所示特點。
2． 2 下位機軟件設計
下位機軟件由數(shù)據采集程序開展、壓力控制程序、通訊程序組成前來體驗。數(shù)據采集程序實現(xiàn)單片機與 AD7710 的通訊簡單化，壓力控制程序實現(xiàn)試驗機加載控制，通訊程序實現(xiàn)上發揮重要帶動作用、下位機的數(shù)據交互及命令解析開拓創新。在壓力控制程序方面，采用單一經典的 PID 控制策略明確了方向，往往不能達到理想的控制效果; 采用單一模糊控制策略去完善，雖然改善了動態(tài)特性和魯棒性，但由于大量模糊控制規(guī)則的存在必然趨勢，影響了控制的準確性設備。其中壓力控制程序實現(xiàn)基于模糊 PID 的三閉環(huán)控制如圖 3 所示。
本研究采用自行開發(fā)的材料試驗機控制器對某公司生產的手動試驗機進行改造文化價值，改造完成后的試驗臺如圖 4 所示促進善治，可進行標準的材料性能測試相關試驗。
3． 1 多目標持荷試驗
多目標持荷試驗的目的是測試該算法在勻速加載和目標持荷時的效果單產提升，以驗證測試控制系統(tǒng)的基本性能求索。采用 Fuzzy PID 算法控制器的實驗效果如圖 5 所示。從圖 5 中的實驗曲線看的方法，該算法達到了一級精度要求積極影響。
3． 2 水泥膠沙抗壓試驗
本研究在加載持荷實驗基礎上，進行水泥膠沙抗壓試驗生產創效，試驗記錄的力-時間曲線如圖 6 所示進一步提升。試驗加載 速 度 能 夠 精 確 地 控 制 在 試 驗 標 準 所 要 求 的2． 4 k N / s，證明了該算法及其控制器在精確力控制中的效果緊密協作。
3． 3 具有明顯屈服的金屬材料拉伸試驗
在前述試驗的基礎上提供有力支撐，本研究對具有明顯屈服材料進行拉伸試驗。試驗過程中采用力、變形越來越重要、位移三閉環(huán)控制，所得力 － 變形曲線如圖 7 所示優化上下。從試驗數(shù)據計算得到的材料力學性能與該材料的理論力學性能基本吻合改革創新，反映了自適應 PID 算法在三閉環(huán)金屬拉伸試驗中的適用性。
4 結束語
本研究自主開發(fā)的材料試驗機控制系統(tǒng)采用模塊化設計思想發揮，在軟件和硬件兩個層面實現(xiàn)了設計品牌、操作及擴展的方便性，降低了試驗員的工作強度設施，使集成新的材料試驗標準也變得簡單節點。
通過對多種材料及不同實驗標準的集成及其實驗表明快速增長，該系統(tǒng)在實現(xiàn)國家標準及操作簡便性的同時，能便于試驗擴展，且達到了較高的數(shù)據精度及系統(tǒng)控制精度通過活化。
來源：天氏庫力 發(fā)布日期
2020-09-16 瀏覽：
