拉力试验机控制系统设计与实现

摘要

拉力试验机是一种对材料进行力学特性测试的设备，其可以测试材料抗拉强度、疲劳特性等指标，作为一种工业基础设备，它在工业生产、教育科研等领域有着十分广泛的应用。随着科学技术的发展，试验机行业也取得了长足的进步，试验方式贫乏、操作复杂的旧式试验机正逐渐被试验方式丰富、控制精度高、用户体验好的计算机控制式拉力试验机所取代。本文即实现了一种由计算机控制的拉力试验机控制系统。
　　根据拉力试验机现场调研，介绍了试验机系统结构，总结了其控制系统需求，提出了基于计算机和下位机控制器的控制系统设计方案，并分析了该方案的可行性和优势所在。对于计算机端控制软件，本文详细分析了其功能要求，即需要完成人机交互、材料试验控制、材料试验总结的功能。此外，本文设计了该软件的界面、基于多线程的软件框架以及以分段控制和改进型 PID控制相结合的闭环材料试验控制算法。对于下位机控制器，根据需求规划了其功能模块，并给出了这些模块的技术指标。同时，本文提出了在嵌入式PLC平台上实现下位机控制器的方案，并针对该下位机控制器的特殊需求，设计了底层硬件模块、开发了各模块驱动程序和下位机控制器应用程序。
　　对本方案下试验机控制系统的计算机软件和下位机控制器分别进行测试，并对测试数据进行分析总结，证明了本方案下的拉力试验机控制系统能够很好的满足工业现场的需要。最后，对全文工作内容进行总结，并提出试验机行业新的发展趋势。

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1 绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文结构及研究内容

2 拉力试验机控制系统总体设计

2.1 拉力试验机系统介绍

2.2 拉力试验机控制系统需求分析

2.3 拉力试验机控制系统设计方案

3 拉力试验机下位机控制器设计与实现

3.1 嵌入式PLC

3.2 下位机控制器硬件设计

3.3 下位机控制器驱动程序设计

3.4 下位机控制器应用程序设计

4 拉力试验机计算机控制软件设计与实现

4.1 软件功能分析

4.2 软件详细设计

4.3 闭环控制算法设计

4.4 上下位机交互接口设计

5 拉力试验机系统测试

5.1 下位机控制器测试

5.2 计算机控制软件测试

6 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录1（攻读学位期间发表的论文）