电液伺服多通道协调加载试验系统的通讯技术研究

摘要

电液伺服试验系统是一种由电气信号系统与液压控制系统组成的闭环控制系统。电液伺服试验系统集合电气处理系统与液压控制系统等多方面的优点。电液伺服试验系统具有响应速度快、控制精度高、负载能力强等多种特点，在海洋、航空、机床、金属与非金属材料性能测试等多个领域得到了及其广泛的应用。电液伺服多通道协调加载控制系统可以在多种不同的实际工业条件下对各种不同的试件等进行多点协调加载的试验，电液伺服系统可以用来模拟实际工业状态、进行多通道多点的疲劳拉伸压缩加载试验研究。电液伺服试验系统有着极为广泛的发展空间。
　　为了实现整个试验系统的稳定快速工作，在电液伺服多通道协调加载试验中要进行上位机系统与下位机系统的通信。在当今的工业控制领域，传统的串口设备仍被广泛应用，电液伺服试验系统中上下位机系统之间的通信仍多采用 RS-232、RS-485、USB通信等。随着我国工业化的快速发展进程，传统的串口通信的传输距离短、传输数据量小、传输数据慢等缺点已经严重制约了当代工业化的发展进程。本论文拟采用传输速率更高、传输数据量更大的以太网进行上下位机系统的通信。
　　本文利用现有济南东测试验机技术有限公司的 PCI高精度智能数字化测控卡的采集控制技术，在济南东测试验机技术有限公司现有电液伺服试验系统的基础上选取上下位机系统的架构模式，数据的传输和指令的传送通过 TCP/IP通信协议族来实现，上位机系统作为整个试验系统网络中电液伺服各通道的控制、采集的终端，通过基于TCP/IP协议族的通信方式可以实现整个电液伺服试验机测控系统的结构化、集成化。本课题的主要目标是实现上位机系统通过以太网的 TCP/IP通信协议族对下位机系统各通道进行分布式管理，实现对下位机系统的数据采集和控制，同时对多通道协调加载控制进行研究。
　　本文的主要研究内容如下：
　　1、文章首先对电液伺服试验系统及多通道协调加载的基本现状进行了相关的阐述，包括国内外电液伺服试验系统行业及多通道协调加载的发展状况。介绍了以太网通讯的相关内容，并根据济南东测试验机技术有限公司已有电液伺服技术成果，提出了基于TCP/IP通信协议族的以太网通讯方法，完成多通道数据采集以及多通道协调控制。
　　2、在下位机系统中编写了下位机系统采集试验机数据的程序，重点引入了数据存储中的圆形缓冲区数据存储技术，存储下位机系统采集的试验机力值、位移值、变形量值等。上位机系统中重点介绍了上位机系统应用程序的编写，开发了基于电液伺服试验系统的人机友好的采集控制界面。利用人机友好的应用程序界面，通过 TCP/IP通信协议族实现对下位机系统采集数据的实时显示和控制。
　　3、在电液伺服控制方法上，选择的是位移控制中的模糊PID控制，并利用MATLAB仿真软件进行了电液伺服试验系统的仿真实验，完成下位机系统的多通道协调加载。

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第一章 绪 论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义

1.3 课题的研究内容

1.4 本章小结

第二章 电液伺服试验系统架构

2.1 电液伺服试验系统基本组成

2.2 电液伺服试验机作用

2.3 系统工作原理

2.4 电液伺服控制—基于PCI总线的测控卡

2.5 系统总体设计方案

2.6 本章小结

第三章 以太网通讯基础

3.1 以太网的优势

3.2以太网关键技术

3.3 TCP/IP协议族概述

3.4 本章小结

第四章 PCI测控卡驱动

4.1 驱动程序的简介

4.2本章小结

第五章 下位机系统软件的设计

5.1以太网基于Socket套接字通信

5.2 圆形缓冲区读写操作的的分析与实现

5.3 本章小节

第六章 上位机系统软件的设计

6.1 上位机系统利用HTTP协议库通讯

6.2基于HTTP协议的上位机系统应用程序界面编写

6.3本章小结

第七章 模糊PID控制研究

7.1 PID控制算法理论概述

7.2 模糊控制算法

7.3 仿真对象及模型

7.4 系统 Simulink仿真

7.5 本章小结

第八章 总结与展望

8.1总结

8.2展望

参考文献

致谢

附录