МНОГОКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА НАГРУЖЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК G05B19/40 G05B19/18 G01M5/00 G01N3/36 

Изобретение относится к техническим средствам проведения эксперимента и предназначено для автоматизации процесса нагружения конструкций при прочностных испытаниях.

Известна цифровая система управления испытательной установкой, содержащая цифровое вычислительное устройство, цифроаналоговые преобразователи, вибраторы, механически связанные с объектом испытаний, датчики обратной связи и аналого-цифровые преобразователи.

Недостатком известной системы является сложность при большом количестве каналов управления (см. Гетманов А.Г. и др. Автоматическое управление вибрационными испытаниями. М.: Энергия, 1978, с.78).

Наиболее близким к изобретению является многоканальная система нагружения, содержащая измерительно-вычислительный комплекс (ИВК), каналы нагружения и источник гидропитания (см. Руководство по эксплуатации специализированного измерительно-вычислительного комплекса «Стрела», зарегистрированного в Гос. Реестре 24192-02 от 15.01.2003, сертификат RVC 34.082.A №13948/1 и а.с. CCCP №920638, кл. G05B 19/18, 1982 г.).

В системе каждый канал нагружения представляет собой следящий гидропривод с обратной связью по силе и содержит гидроцилиндр, сервоклапан, динамометр с нормирующим усилителем. Управление каналами нагружения осуществляется с помощью ИВК, содержащего управляющую ЭВМ и ЭВМ нижнего уровня, сообщающихся между собой устройствами ввода-вывода. В ЭВМ нижнего уровня запрограммирован общий на группу каналов генератор сигнала задания нагрузок и цифровые регуляторы всех каналов. На выходе каждого регулятора установлен цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), аналоговый сигнал с которого уходит к сервоклапану соответствующего канала нагружения. К регулятору каждого канала нагружения с динамометра этого канала для использования в качестве обратной связи приходит аналоговый сигнал. Указанный сигнал усиливается нормирующим усилителем и через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) поступает в регулятор.

Недостатками известной системы нагружения являются указанные выше аналоговые связи, существенно усложняющие монтаж и обслуживание системы и снижающие ее надежность.

Задачей изобретения является повышение надежности и технологичности многоканальной системы нагружения путем совершенствования ее структуры и применения современных устройств передачи информации.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в многоканальной системе нагружения, содержащей управляющую ЭВМ, источник гидропитания и следящие каналы нагружения с обратной связью по силе, каждый из которых включает в себя генератор сигнала задания нагрузок, регулятор, гидроцилиндр и установленные на нем динамометр со встроенным нормирующим усилителем, а также сервоклапан, каждый канал нагружения содержит цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор, выполненные на базе микропроцессора, установленного на гидроцилиндре, и соединенные с управляющей ЭВМ полевым шинным интерфейсом.

На фиг.1 приведена блок-схема многоканальной системы нагружения.

На фиг.2 - конкретное расположение цифрового регулятора, сервоклапана и цифрового генератора сигнала задания нагрузок на гидроцилиндре.

Канал нагружения N₁ включает в себя гидроцилиндр 1, воспроизводящий нагрузку на конструкцию, динамометр 2 со встроенным нормирующим усилителем 3, цифровой регулятор 4, сервоклапан 5, цифровой генератор синусоидального сигнала задания нагрузок 6. Полевой шинный интерфейс 7, ЭВМ 8 и источник гидропитания 9 являются общими для каналов нагружения N₁...N_n. Гидроцилиндр с нагружаемой конструкцией соединен через динамометр. Сервоклапан 5 установлен на гидроцилиндре 1 и гидролиниями соединен с его полостями, а также с источником гидропитания 9. Электрический вход сервоклапана 5 подключен к цифровому регулятору 4, который электрически соединен с нормирующим усилителем 3 динамометра 2 и с цифровым генератором сигнала задания нагрузок 6. Цифровые генератор сигнала задания нагрузок 6 и регулятор 4 через полевой шинный интерфейс 7 имеют связь с ЭВМ 8.

Цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор канала нагружения установлены на его гидроцилиндре. Цифровой регулятор 4, сервоклапан 5, гидроцилиндр 1 и динамометр 2 образуют замкнутый контур регулирования следящего канала нагружения в пределах габаритов гидроцилиндра.

Многоканальная система нагружения работает следующим образом. От ЭВМ 8 на все цифровые генераторы сигнала задания нагрузок 6 заблаговременно по полевому шинному интерфейсу 7 последовательно поступают задания (величина следующего уровня нагрузки и время выхода на нее). По сигналу "Старт" все цифровые генераторы сигнала задания нагрузок одновременно начинают воспроизводить синусоидальные сигналы задания, поступающие на входы цифровых регуляторов 4. На каждый цифровой регулятор также поступает сигнал обратной связи с динамометра 2 через нормирующий усилитель 3, где алгебраически суммируется с сигналом задания. Разность указанных сигналов (сигнал рассогласования) поступает на управление сервоклапаном 5, осуществляющим дроссельное регулирование гидроцилиндра 1, нагружающего конструкцию. Гидропитание ко всем сервоклапанам 5 поступает от источника гидропитания 9. По команде от ЭВМ 8 цифровой генератор сигнала задания нагрузок 6 может стабилизировать сигнал задания на любом уровне и продолжить его формирование по новой команде от ЭВМ. Настройка цифровых регуляторов производится по командам от ЭВМ 8.

Информация о работе каналов нагружения N₁...N_n поступает в ЭВМ 8 по полевому шинному интерфейсу 7.

Благодаря установке генератора сигнала задания нагрузок на гидроцилиндре существенно уменьшается поток информации от управляющей ЭВМ к каналам нагружения, что позволяет соединить их полевым шинным интерфейсом, упрощающим кабельный монтаж многоканальной системы нагружения, а также последующее обслуживание.

Таким образом, благодаря установке цифрового генератора сигнала задания нагрузок совместно с цифровым регулятором на гидроцилиндре упрощена связь ЭВМ с каналами нагружения, устранены протяженные (до сотен метров) аналоговые связи регулятор - сервоклапан и динамометр - регулятор, характерные для известных многоканальных систем нагружения, что способствует повышению помехозащищенности и соответственно, надежности многоканальной системы нагружения.

Изобретение относится к области экспериментальной техники и может быть использовано в стендах прочностных испытаний конструкций. Многоканальная система нагружения содержит управляющую ЭВМ, источник гидропитания и следящие каналы нагружения с обратной связью по силе. Канал нагружения включает в себя цифровой регулятор, гидроцилиндр и установленные на нем динамометр со встроенным нормирующим усилителем, сервоклапан. Канал нагружения дополнительно содержит генератор сигналов задания нагрузок, при этом генератор и регулятор установлены на гидроцилиндре и соединены с управляющей ЭВМ полевым шинным интерфейсом. Технический результат - повышение надежности и технологичности многоканальной системы. 2 ил.

Многоканальная система нагружения для прочностных испытаний конструкций, содержащая ЭВМ, источник гидропитания, следящие каналы нагружения с обратной связью по силе, каждый из которых включает в себя генератор сигнала задания нагрузок, регулятор, гидроцилиндр и установленные на нем динамометр со встроенным нормирующим усилителем, а также сервоклапан, при этом сервоклапан соединен гидролиниями с полостями цилиндра и с источником гидропитания, а электрический вход сервоклапана подключен к регулятору, который электрически соединен с нормирующим усилителем динамометра, отличающаяся тем, что в каждом канале нагружения цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор выполнены на базе микропроцессора, установленного на гидроцилиндре, а с управляющей ЭВМ цифровые генератор сигнала задания нагрузок и регулятор соединены полевым шинным интерфейсом.