高精度压力筒试验系统的研究

摘要

本文研究的是高精度压力筒试验系统。基于密闭液体的体积变化与压力变化之间呈反比的特性，该系统实现了压力的高精度控制。根据压力筒试验系统的设计指标，完成了机械系统、控制系统和液压系统的设计。 系统采用了以工业控制计算机为控制器的集中控制方式。详细论述了控制系统组成、工作原理和基本特点。并确定了控制系统硬件的选择与设计，硬件部分主要有控制器的选择、所需板卡的类型与数量、压力传感器的选型以及信号调理电路的设计。通过对Windows系统和VxWorks实时操作系统的分析比较，得出了Windows在本试验系统中可行且有一定优势的结论。在高精度压力筒试验系统中选用了常用的Windows XP 操作系统。 建立了系统的数学模型和传递函数，并根据传递函数给出了Matlab 6.5 的仿真Bode 图，理论上证明了系统设计方案的正确性和可行性，并进一步分析了系统理论上所能达到的控制性能。在AMESim软件中建立了系统物理模型，详细分析了采样频率、系统液压水含气量和系统管路特性对系统的影响，最后根据实际参数和估算的参数模拟了系统的控制性能。同时，分析了PID控制算法的作用以及确定了本系统中的控制算法。 系统综合采用了硬件和软件抗干扰两种方式进行抗干扰处理。由于压力筒试验系统的精度要求很高，所以对系统的精度进行了理论分析和实际检测。最终的测试结果如下：静态精度0.005MPa；最高压力为11MPa；动态频宽0.1Hz。