电子万能材料试验机闭环控制软件的研究

摘要

电子万能材料试验机是一种广泛使用的标准测试设备，在各类材料的质量检验、材料科学研究和实验教学环节都需要用它进行材料的力学性能测试。 试验机测控系统具有强实时性、可扩展性、执行机构精确的运动控制和力控制、多任务处理等性能要求。测控系统既要进行数据采集与处理，还要实现对执行机构的闭环控制，是集计算机检测和控制技术为一体的自动化测试平台。基于PC的微机电控试验机具有良好的测试性能，试验数据、曲线的显示直观，运动控制精确，系统配置简便，数据在线处理能力强。 本文论述了试验机的组成、原理、发展方向和存在的问题，阐述了采用模块化结构设计和面向对象方法，在Windows下利用Visual C++开发试验机闭环控制软件的关键技术，重点讨论了材料试验机系统的闭环控制软件的设计。详细介绍了材料机闭环控制软件设计中要包括的方面，其中有多线程的数据采集、在线数字滤波、以及高精度定时器的使用和PID控制算法的改进等等。同时采用ADO访问Access试验信息数据库，并借助Office自动化技术，实现了通过模板生成报表的报表处理方法。初步实现了基于增量式PID控制算法的电子万能材料试验机的闭环控制。并且介绍了的离散滑模变结构控制以及仿真情况，以便为下一步工作提出建议。 整个设备运行平稳，操作方便，数据采集和运动控制考评试验证明了系统设计是正确的。

目录

文摘

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1绪论

1.1引言

1.2试验机及其分类

1.3试验机的发展历史及现况

1.4电子万能材料试验机的特点和发展方向

1.5论文所开发的试验机测控系统简介

1.5.1系统分析

1.5.2系统的特色

1.5.3系统组成和工作原理

1.5.4测控卡原理分析

1.6本章小结

2.测控软件整体分析

2.1电子材料机委托方开发要求

2.2测控软件的开发方法和设计准则

2.3电子万能材料试验机测控系统软件自身的要求[27]

2.3.1结合材料试验国家标准的要求

2.3.2指标分析结果要求准确

2.3.3功能实用且操作简便

2.3.4软件设计需要考虑系统的实时性要求[28][29]

2.4设计闭环控制软件的目的和意义

2.4.1运动控制的分类及特点

2.4.2本材料机的闭环控制软件优势

2.5论文所开发的测控软件整体模块介绍和功能分析

2.6本章小结

3材料试验机闭环测控软件模块关键问题的实现

3.1测控系统高精度定时器的实现

3.1.1硬件编程定时方法

3.1.2利用Matlab精确定时

3.2多线程数据采集实现[33]

3.2.1实现原理简要分析

3.2.2测控系统软件和测控卡之间的通讯

3.3实时测试数据的在线数字滤波算法

3.3.1数字滤波的优点

3.3.2常用数字滤波方法[36][37][38][40]

3.3.3本系统采用的数字滤波算法

3.4闭环控制算法

3.4.1 PID控制算法[15][16][17][18][19]

3.4.2数字PID控制算法的改进

3.4.3 PID控制周期的设定

3.5本章小结

4本电子材料试验机测控系统闭环控制具体实现

4.1系统总体介绍

4.2橡胶材料拉伸要求

4.3电子材料试验验机的闭环控制设计思路

4.4定伸运动控制的实现

4.5定负荷运动控制的实现

4.6往复拉伸运动的实现

4.7 PID参数的整定[52][53][54]

4.8测控系统运行的安全性

4.9程序中的核心代码

4.10小结

5测控软件中其他需要设计的方面

5.1软件实现FIFO的自定义长度缓冲区

5.2数据库操作与管理

5.2.1数据库访问技术

5.3本章小结

6开发软件介绍和试验结果分析

6.1软件介绍

6.1.1测试试验界面

6.1.2数据分析界面

6.1.3主程序界面

6.1.4控制面板界面

6.2实验报告及结果分析

6.2.1定伸运动试验

6.2.2定负荷运动

6.2.3系统运行中抗干扰性试验

6.3本章小结

7变结构控制

7.1变结构控制基本介绍

7.2变结构控制的特点:

7.3滑模变结构控制原理

7.4离散时间系统中的滑模变结构控制[59][60]

7.4.1离散时间系统变结构控制简单介绍

7.4.2准滑动模态[59][60]

7.4.3基于趋近律的离散滑模控制

7.4.4仿真情况

7.5本章小结：

结论与研究展望

参考文献

在学研究成果

致 谢