非饱和土水压恒定试验装置设计与控制研究

摘要

非饱和土水压恒定试验装置是一种用来研究地下土质特性的土力学试验装置，在海洋勘察、岩土工程等领域有着广泛的应用。本文以国家863计划项目“海底60米多用途钻机系统技术开发与应用研究”为课题背景，针对海底取样沉积物室内试验研究需求，研制出一种为海底沉积物非饱和渗透试验提供恒定水压的试验装置。
　　本研究主要内容包括：⑴根据非饱和土水压恒定试验装置的技术要求和设计方案，对装置各构成部件进行结构设计和相关计算，对其中的标准件进行选型，并利用Solidworks软件建立了装置的整体结构模型。利用ANSYS软件对装置有关零部件进行优化设计以及有限元仿真分析。⑵利用LabVIEW、PLC、伺服电机等软硬件设施对非饱和土水压恒定试验装置的控制系统进行设计。针对活塞到达液压缸末端导致伺服驱动产生过位移量这一问题提出一种伺服过位移量自动消除控制方法----改进型TLC控制方法，并通过LabVIEW与PLC编程实现。利用MATLAB软件对水压恒定控制进行仿真研究，根据仿真研究结果提出一种水压恒定控制方法----改进式PID控制方法，并以PLC编程实现。⑶搭建非饱和土水压恒定试验装置平台，对提出的伺服过位移量自动消除控制方法和水压恒定控制方法进行试验验证。试验结果表明，提出的相应控制方法均是有效和可行的。对装置的全压力控制范围内和全流量输出范围内的稳态误差进行检测。检测结果表明，该装置的最大水压控制误差相对于国外降低了0.5KPa，因此，其水压控制精度水平相对于国外有了一定的提升。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 本章小结

第2章 水压恒定试验装置总体设计方案

2.1 装置功能与技术要求

2.2 装置总体设计方案分析与确定

2.3 本章小结

第3章 水压恒定试验装置结构设计与分析

3.1 装置液压缸结构设计

3.2 装置传动机构设计

3.3 装置管路设计及整体结构模型建立

3.4 基于响应面法的缸筒结构优化

3.5 装置关键零部件有限元仿真分析

3.6 本章小结

第4章 水压恒定试验装置控制系统设计与研究

4.1 水压恒定试验装置控制系统设计

4.2 行程末端伺服过位移量自动消除控制方法研究

4.3 水压恒定控制方法研究

4.4 本章小结

第5章 试验及结果分析

5.1 非饱和土水压恒定试验装置平台搭建

5.2 伺服过位移量自动消除试验验证与结果分析

5.3 水压恒定控制方法试验验证与稳态误差检测

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 总体结论

6.2 未来展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表的论文与科研成果清单

致谢