压力交变试验控制系统研究

论文摘要

汽车空调和家用空调的压缩机、冷凝器、蒸发器、储液器、干燥过滤器、管路附件,以及类似用途的承压部件等均在不同的工况条件下不断承受高、低压力的冲击,压力交变试验就是模拟各类承压部件的实际使用工况,以确定被试验产品的加速极限寿命,如模拟实际使用工况的循环介质压力变化、环境温度、环境湿度、循环介质温度等。压力交变试验的控制系统不仅需要模拟实际运行工况的压力变化波形,如正弦波、三角波、梯形波和任意不规则变化波形的破坏效果,还需要模拟这些波形的振幅和频率,如压力波形的波峰值、波谷值、变化频率等,同时,模拟试验环境的温度、湿度变化将有助于更加精确地确定被试验产品的极限寿命。压力交变试验一般针对相对封闭的系统进行,模拟的压力变化波的形状和控制精度受到相对封闭系统的影响,控制系统的设计需要结合相对封闭系统的内部容积、容腔形状以及循环使用介质的弹性模量、流动特性等因数。本文阐述了的压力交变试验是一计算机控制系统,其压力控制范围为3～13MPa、变化频率控制范围为0～1Hz,温度控制范围为60℃～150℃,适用于类似CO2制冷系统的高压、高频率、高温度的压力交变试验。本文主要介绍了压力交变试验的常见类型、控制原理和基本组成,以及各类压力交变设备的优缺点所在,重点介绍压力交变试验的伺服液压控制系统、计算机控制系统,结合实验数据的总结分析,指出了压力交变控制系统的关键技术和难点所在,对推动国内压力交变试验控制系统的发展具有一定的借鉴作用。匹配设计是伺服液压控制系统的关键技术所在,试验介质的弹性模量、空气含量、黏度,以及试验管路结构设计等均会对试验效果产生比较大的影响;可靠性设计是计算机控制系统的关键所在,控制系统的结构设计、元器件的合理选择是该电气控制系统正常运行的有效保证,变参数PID控制、高速通讯和高速采样技术等的运用将有助于提高该计算机电气控制系统的运行效果。本文通过理论分析计算,结合多次的实验结果,对该方面的设计提出一套比较完整的设计和控制方案,对今后类似试验技术的研究开发具有良好的借鉴作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 课题研究背景及研究意义
• 1.1 压力交变试验技术的现状和发展趋势
• 1.1.1 压力交变试验技术的现状
• 1.1.2 压力交变试验技术的发展趋势
• 1.2 压力交变试验控制技术的现状和发展趋势
• 1.2.1 伺服液压控制技术的现状和发展趋势
• 1.2.2 电气控制系统的现状和发展趋势
• 1.3 课题的选题意义与研究内容
• 1.3.1 本课题的主要研究内容
• 1.3.2 课题的研究意义
• 1.4 本章小结
• 第二章 伺服液压控制系统的设计
• 2.1 伺服液压控制系统的设计参数
• 2.2 伺服液压控制系统的组成
• 2.3 伺服液压控制系统的主要功能
• 2.4 伺服液压系统的控制原理设计
• 2.4.1 脉冲压力叠加原理
• 2.4.2 排气、充液原理
• 2.4.3 伺服液压系统的工作原理
• 2.5 伺服液压控制系统的参数设计
• 2.6 伺服液压控制系统关键部件介绍
• 2.7 本章小结
• 第三章 计算机控制系统设计
• 3.1 计算机控制策略
• 3.2 计算机控制系统的组成
• 3.3 计算机控制系统的主要功能
• 3.4 计算机系统的控制原理设计
• 3.4.1 压力波形的编辑与输入
• 3.4.2 压力闭环控制
• 3.4.3 位置闭环控制
• 3.4.4 温度闭环控制
• 3.4.5 故障报警
• 3.5 计算机控制系统关键部件介绍
• 3.5.1 Advantech工业计算机
• 3.5.2 N.I.PCI—6220数据采集卡
• 3.5.3 Agilent 33220A波形发生器
• 3.5.4 Siemens CP-5611通讯板卡
• 3.5.5 Siemens S7-200 PLC
• 3.5.6 A/D转换模块
• 3.6 本章小结
• 第四章 数学模型和控制软件设计
• 4.1 伺服液压控制系统的数学模型
• 4.1.1 伺服阀压力-流量方程
• 4.1.2 液压缸流量连续性方程
• 4.1.3 液压缸平衡方程
• 4.2 计算机控制系统的数学模型
• 4.2.1 计算机控制系统传递函数
• 4.2.2 PID控制的数学模型
• 4.2.2.1 PID控制
• 4.2.2.2 改进的PID控制
• 4.3 控制软件设计
• 4.3.1 上位机使用控制软件
• 4.3.1.1 主监控软件
• 4.3.1.2 OPC服务软件器
• 4.3.1.3 波形发生器驱动接口软件
• 4.3.1.4 波形编辑软件
• 4.3.1.5 板卡驱动和配置软件
• 4.3.2 下位机PLC控制程序设计
• 4.3.2.1 主程序设计
• 4.3.2.2 PI参数初始化子程序设计
• 4.3.2.3 数据采集处理子程序设计
• 4.3.2.4 充液、排气、加热、启泵子程序设计
• 4.3.2.5 系统自动加压子程序设计
• 4.3.2.6 停机处理、报警处理子程序设计
• 4.3.2.7 中断处理子程序设计
• 4.4 本章小结
• 第五章 试验结果与分析
• 5.1 压力波形类别的控制效果与分析
• 5.2 试验压力、试验频率的控制效果与分析
• 5.3 负载特性的控制效果与分析
• 5.3.1 试件容积对控制效果的影响
• 5.3.2 管道对控制效果的影响
• 5.4 压力测量方式对控制系统的影响
• 5.5 变系数PID控制
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢