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LabView RT系统在多任务控制系统中的应用

2015/3/11    来源:佳工网    作者:苏海龙      
关键字:LabVIEW RT  控制系统  伺服  
在控制系统中,既要完成高速闭环控制,又要实现大量数据的高速采集和存储,是比较困难的事,因为能完成实时控制的软件,其大量数据处理的能力就弱, 而在LabVIEW RT 系统中通过软件总体结构的合理布局,利用一个实时控制器,可以完成多个实时控制任务,同时实现了对多通道数据采集、存储,降低了成本又节省了开发时间。

  在控制系统中,既要完成高速闭环控制,又要实现大量数据的高速采集和存储,是比较困难的事,因为能完成实时控制的软件,其大量数据处理的能力就弱, 而在LabVIEW RT 系统中通过软件总体结构的合理布局,利用一个实时控制器,可以完成多个实时控制任务,同时实现了对多通道数据采集、存储,降低了成本又节省了开发时间。

1 实验机的物理构成

  多任务实时控制系统应用在MMS100 改进后的多功能材料实验机中,这种实验机是一种快速模拟钢厂热连轧过程的实验设备,它可以用来研究钢材等有色金属在不同的升温速率和变形量的情况下,其微观组织结构及组织性能的变化规律,被广泛地应用于冶金、航天、军事等领域的新材料开发和研究。

  1.1 实验机的工作原理

  本实验机的工作原理是将试样安装在两个夹头之间,以上万安培的电流通过试样,使其快速被加热,同时在两个夹头中通有循环冷却水,当电流增大产生的热量大于水冷带走的热量时,试样的温度就升高,反之试样的温度就降低,当二者相等时试样的温度保持不变,从而达到控温的目的。根据不同的实验要求,当试样被加热到规定的温度时,通过控制液压缸,推动锤头高速打击(压缩实验)或拉伸(拉伸实验)或扭转(扭转实验),使试样发生形变,同时要记录并存储试样在发生形变过程中的所有参数,如液压缸位移、横向位移、纵向位移、力、扭矩等,实验结束后,由host PC(主机)对所记录的数据进行绘制工艺要求的曲线,如位移-力曲线,位移-应力曲线,应力-应变曲线等。有些实验要求在真空状态下进行,防止试样表面被氧化,要求将试样加热室抽成真空,根据需要还可以充保护气(惰性气体)。淬火实验要求试样温度达到某一值时进行淬水、淬气、气水混合等以满足不同的工艺需要。

  1.2 控制系统的构成

  根据工艺对控制系统动态响应速度、精度等技术指标的特殊要求来确定控制系统的硬件结构,由于本设备包括结构复杂的机械运动系统、液压系统、真空系统、加热系统、水冷却系统、淬火系统、气动控制系统等多个单元,为了提高控制精度和速度,而将逻辑控制从PXI 系统中分离出去,由PLC 控制,二者以通讯方式交换信息。所有的实时控制任务、数据采集及数据存储由PXI-8156B 完成,hostPC 机主要完成编程器、人机交互界面、数据分析及处理等功能,该控制系统结构如图1 示。

 控制系统硬件结构示意图

控制系统硬件结构示意图

2 控制系统的实时任务

  2.1 加热控制系统

  试样的加热采用直接电阻加热的方法,其特点是低电压、大电流;快速响应加热;瞬间断电采集数据;热膨胀测量与补偿;10ms 控制周期。具体方法是通过在变压器原侧调节可控硅的触发角,来改变变压器副侧试样两端电压,从而改变流过试样中电流大小,实现控温的目的。这种加热方法优点是可以降低试样内部的热梯度,防止集肤效应,获得更好的等温区。其缺点是由于热电偶是直接焊在试样上的,当加热时试样内流过上万安培的电流,周围将产生强大的磁场,严重地影响温度测量的精度,但NI 公司的软件和硬件提供了触发采集的功能,可以很好地解决这个问题。方法是通过一个小的同步变压器获得变压器原侧的电压相位,根据这个电压信号的峰值可以计算出触发采集电压与触发角的关系,通过限制触发电压值和适当选择触发采集电压,就可以使可控硅触发角留出20 度~30 度的断电时间,实现断电采集。通过一个整流桥可以将正弦交流电负半周也变成正半周,使每个控制周期控制两次,控制周期为10ms。

  2.2 位移控制系统

  主液压缸的控制是通过控制高速伺服阀,完成控制液压缸推动锤头移动。工艺要求控制周期越短越好,利用PFI7针完成PID输入触发输出循环控制,控制周期为2ms。在高速伺服阀放大器板上有一个硬件PID 控制环,它是将高速伺服阀的阀芯位置作为反馈信号,这个闭环作为内环,而软件PID 将位移传感器的实际位置作为反馈信号,这个闭环作为外环,这样大大提高了液压缸的控制精度。

  2.3 扭转控制系统

  扭转控制的作用是扭转实验时完成高速扭转闭环控制,另外在多道次压缩或拉伸实验时完成试样第二道次以后的变形量定位控制的功能。控制方法是利用PXI6052E的高速计数器1 测量编码器的脉冲,通过控制高速伺服阀控制液压马达,完成扭转控制。扭转实验适应超级钢、军用钢等高性能钢种开发研究的需要,将剪切变形与压缩变形复合,从而大幅度提高变形程度和变形速率,实现组合连续大变形的学术思想。

  2.4 流量控制系统

  淬火的方式分为淬水、淬气、气水混合等方式,在淬火时不同的实验工艺,要求对淬火的水流量进行相应的控制,以满足实验工艺。控制方法是将流量计的检测信号作为反馈,控制电磁球阀实现闭环控制。

责任编辑:陈浩
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