电子万能材料试验机单神经元PID控制系统研究

摘要

材料试验机是材料力学性能的测试加载平台，是测量材料力学性能、工艺性能和结构强度的设备。材料试验机的性能对工业和材料科学的发展有重要影响。材料试验机的性能主要取决于试验机本体和其所使用的控制系统。本文主要是针对江苏明珠试验机械有限公司生产的万能材料试验机，开发一套控制系统，使其能够达到规定的性能指标。随着电子技术和计算机技术的飞速发展，控制技术也日新月异，像PLC控制技术、单片机控制技术、微机控制技术等控制方式层出不穷，这也为万能材料实验机控制系统的研究提供了很好的基础。本文根据试验机的控制要求，采用基于控制卡的计算机控制方法来实现试验机的控制。
　　 目前，很多控制系统采用传统的数字PID控制，该控制方式结构简单，对线性控制对象有很好的控制效果。但由于PID控制的控制参数不能自我调整，如果在工作过程中被控对象发生变化或被控对象具有非线性特性时，很难达到满意的控制效果，因此研究新的控制方法对材料试验机的发展有重要意义。本文研究了将能够自我学习和自我调整的神经网络与传统数字PID控制相结合的可行性，利用神经网络根据被控对象的变化来在线调整数字PID的控制参数，即神经网络PID控制，以提高万能材料试验的控制精度和适应万能材料试验机的发展趋势。
　　 本文研究了万能材料试验机单神经元PID控制系统的硬件实现、单神经元PID控制器的结构和控制算法的设计。同时利用VC++可视化编程软件开发材料试验机控制系统软件，VC++具有界面友好、操作方便等优点。本文初步实现了基于神经网络PID的万能材料试验机控制系统的设计。整个系统运行平稳，通过橡胶材料的相关试验证明了万能材料试验机单神经元PID控制系统设计方案是可行的。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 材料试验机的发展现状

1．2．1 国内试验机的发展现状

1．2．2 国外材料试验机的发展

1．2．3 万能材料试验机控制系统的发展

1．2．4 国内外电子万能材料试验机对比

1．3 材料试验机的发展趋势

1．4 课题研究的内容及意义

1．4．1 课题研究的内容

1．4．2 课题研究的意义

1．5 本章小结

第二章 电子万能材料试验机控制系统的总体分析

2．1 电子万能材料试验机控制系统简介

2．2 电子万能材料试验机控制系统委托方的开发要求

2．3 电子万能材料试验机的组成及工作原理

2．4 本章小结

第三章 电子万能材料试验机的单神经元PID控制

3．1 系统控制方式分类

3．2 智能控制技术

3．3 神经网路控制

3．3．1 人工神经网络模型

3．3．2 神经网络控制的基本思想

3．3．3 神经网络控制的研究进展与应用

3．4 单神经元PID控制

3．4．1 PID控制的原理

3．4．2 PID控制算法

3．4．3 单神经元PID控制器的结构设计

3．4．4 单神经元PID控制算法

3．4．5 单神经元PID控制参数的调整

3．5 单神经元PID控制与传统PID控制仿真比

3．5．1 传统PID控制器的MATLAB／SIMULINK实现与仿真

3．5．2 单神经元PID控制的MATLAB／SIMULINK的实现与仿真

3．6 本章小结

第四章 万能材料试验机控制系统的硬件实现

4．1 万能材料试验机控制系统方案

4．1．1 基于单片机的控制系统

4．1．2 基于上下位机的控制系统

4．1．3 基于微机／PC机的控制系统

4．2 电子万能材料试验机控制系统的总体设计

4．3 万能材料试验机系统各组成部分的分析

4．3．1 伺服驱动单元

4．3．2 测量系统

4．3．3 软件部分

4．3．4 机械部分

4．4 万能材料试验机信号的采集和控制

4．5 万能材料试验机控制系统电路设计

4．6 本章小结

第五章 万能材料试验机的单神经元PID控制系统软件设计

5．1 电子万能材料试验机控制系统软件设计的要求

5．2 控制系统开发平台和开发工具简介

5．3 控制软件组成模块和功能分析

5．4 系统软件编程流程

5．5 本章小结

第六章 实验软件介绍和试验结果分析

6．1 控制系统软件主界面介绍

6．2 橡胶材料试验和结果分析

6．2．1 橡胶材料的拉伸试验

6．2．2 定载荷拉伸试验

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要学术科研成果

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