三轴—扭转剪切仪微机测控技术研究

论文摘要

根据土工试验使用要求,应用计算机自动化控制技术,将我校与日本诚研社合作研制的新型土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪,配备了完善的控制软件系统。采用VC++6.0语言作为编程平台,利用现代计算机技术中的多线程技术、精确定时技术、绘图技术,结合现代的单神经元白适应PID控制理论,实现了三轴-扭转试验机的自动控制及数据采集处理功能,能够完成静态、动态等各种组合试验,并可实时监测试验全过程的应力、应变和位移等十二种数据,绘制实时动态曲线,更加方便试验者操作,进一步提高了系统的控制精度。 本文介绍了作者对原有土工试验设备所完成的数据采集处理系统和控制系统数字化完善的方法与原理及完善后实验系统的性能参数,在试验设备的控制部分针对土工力学三轴—扭转试验中存在的控制系统在不同频率设定参考信号下产生的控制精度问题,利用现代智能控制技术中的人工神经元控制理论,对新型土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪的控制系统进行改造,完成了对扭矩和竖向荷载及围压的人工神经元自适应PID控制,进一步提高系统的控制精度和控制系统的鲁棒性,使系统在各种实用频率信号范围内都能获得准确的控制效果。 土工建筑物与地基中土体的初始应力状态是复杂多样的,土体主应力大小和方向都会不断的变化,在如此复杂的初始应力状态下,当土体进一步承受波浪、地震等复杂荷载作用时,土的动力特性与本构关系将变得更加复杂。因此能够模拟复杂初始应力条件和复杂剪切荷载状态的先进土工试验设备对土工力学的研究有着重要的意义。随机波浪荷载和地震波荷载的加入为模拟土体实际受力情况提供了试验条件,为实际工程提供了更准确的试验依据。 完成数据采集处理系统和控制系统改造后的土工静力—动力液压三轴—扭转多功能剪切仪已投入使用,且运行效果良好,业内专家认为其性能指标较之过去获得了很大的提高,达到了国际先进水平。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 1 试验机的系统组成和工作原理
• 1.1 概述
• 1.2 机械结构及检测传感器
• 1.3 液压伺服系统
• 1.4 模拟控制系统
• 1.5 工作原理
• 1.5.1 土工三轴-扭转试验中控制原理
• 1.5.2 土体的应力状态与实验控制的关系
• 2 控制系统软件设计及其功能
• 2.1 概述
• 2.2 采集模块功能及实现
• 2.2.1 采集模块的功能
• 2.2.2 采集模块中应用的计算机技术
• 2.3 控制模块功能及实现
• 2.3.1 传统的模拟 PID控制的原理及其性能特点
• 2.3.2 单神经元自适应 PID控制系统的原理及性能特点
• 2.3.3 单神经元自适应 PID控制技术在本试验机上的实现
• 2.3.4 试验结果比较及实例
• 2.3.5 控制模块中的计算机技术
• 2.4 数据处理模块
• 3 随机波加载的实现及结果分析
• 3.1 随机波浪的产生
• 3.2 随机地震波荷载简介
• 3.3 随机波荷载对土体作用试验
• 3.4 随机波浪荷载作用实例分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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