如何設(shè)計拉力機三閉環(huán)控制系統(tǒng)中控制器

    1)不要迷信各種名稱的控制算法。控制理論拉力機到今天已經(jīng)發(fā)展出很多類型的控制算法，有經(jīng)典控制，有現(xiàn)代控制，例如PID控制、模糊控制、自適應(yīng)控制、智能控制、變結(jié)構(gòu)控制、神經(jīng)元控制等等，但是理論都是有前提的，就是被控系統(tǒng)可以建模，根據(jù)某個模型方程推導(dǎo)得到幾個簡單的解(注意，很多理論不可能得到全部解)。現(xiàn)實的系統(tǒng)與理論的系統(tǒng)是不同的，頂多是近似，所以實際控制效果要打折扣。試驗機系統(tǒng)，例如液壓式試驗機，專業(yè)上講就是一個多變量非線性時變系統(tǒng)，白話就是說這個系統(tǒng)時時刻刻都處于復(fù)雜的變化中，做到模型近似都不容易。工業(yè)上用的控制器要目標是穩(wěn)定，然后再考慮性能，因此在實踐上盡可能簡單可靠。

    (2)拍腦袋算法。設(shè)計控制算法既需要本科的控制理論基礎(chǔ)拉力試驗機，同時還需要電機傳動或者液壓傳動的專業(yè)基礎(chǔ)和工程實踐。現(xiàn)階段試驗機用的控制算法，基本上還是PID算法，然后加以變化，例如冠上“微微分控制、“神經(jīng)元控制”之類的名稱，實質(zhì)上壓根沒有理論的支持，都是憑幾年的調(diào)試經(jīng)驗感覺加上了一些經(jīng)驗參數(shù),適用面比較狹窄。

    (3)沒有的控制算法。不論哪種控制算法都是有針對性的，所謂的*控制只有在特定工況下才能實現(xiàn)。液壓試驗機的控制算法肯定是不可能適應(yīng)電子試驗機的，即使同一個拉力機控制系統(tǒng)，例如在金屬試驗中表現(xiàn)好的控制算法，在塑料試驗中很可能就過渡時間太長，需要調(diào)整參數(shù)。

    (4)控制范圍和精度來自測量范圍和精度。全程10000碼的測量精度，控制速度的范圍一般就是1～200碼/秒，速度檢定應(yīng)該是經(jīng)過短暫過渡后一段時間的平均速度，理論上反正是一個碼的誤差，平均時間越長，速度精度越高，可以簡單估算。當然保壓控制的精度直接就是測量精度。

    (5)控制頻率沒必要很高。試驗機控制系統(tǒng)的頻率響應(yīng)瓶頸熔融指數(shù)儀在于加載驅(qū)動機構(gòu)，白話說就是慣量電機、油缸活塞反應(yīng)非常慢，頻率響應(yīng)不會超過10Hz，所以當控制系統(tǒng)1秒鐘控制10次，再快也沒有多大的積極效果，一般20～50Hz足夠。

    (6)拉力機控制有其特殊的平穩(wěn)調(diào)速要求。除非特殊要求，材料試驗從啟動到建立速度需要一個過渡，恒速加載到保持需要一個過渡，不同控制環(huán)的切換也要求輸出連續(xù)。

    (7)不能忽視負載的影響。拉力機系統(tǒng)的負載就是被試驗的對象，由于試件材料的特殊性，在試驗過程中試件的特殊變化可能影響這個系統(tǒng)的性能，甚至破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常見的問題出現(xiàn)在力控制情況下。閉環(huán)控制采用的負反饋原理，正常情況下控制器輸出正信號，通過執(zhí)行機構(gòu)作用到試件，應(yīng)該得到拉力機的增長(前向正相關(guān)，閉環(huán)才是負反饋)。如果出現(xiàn)金屬的屈服、夾持機構(gòu)的滑移、材料的異常松弛等，整個閉環(huán)就成為正反饋而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)。不能指望任何一種控制算法能有效處理這種情況。