电子万能试验机测控系统的设计与实现

论文摘要

随着工业控制技术的飞速发展,各行各业对新材料的应用需求越来越广泛,解决材料的力学性能测定成为急需解决的问题。电子式万能试验机作为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。基于PC的电子万能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,数据处理能力强。电子万能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、可靠的程控自动测试、多任务处理等性能要求。测控系统既要进行数据采集和处理,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。本文在分析了相关技术和需求的基础上,对电子万能试验机测控系统进行了设计,并实现了相关的功能,可以针对性地解决应用中的工程实际问题,具有明确的工程应用背景和应用价值。本文结合某型号的电子式万能试验机,论述了基于PC的电子万能试验机测控系统的设计与实现。其整个测量控制系统采用试金PC工一卡通计算机总线式控制器,实现了对试验力、变形、位移零点和增益的数字化调整,操作方便,具有极高的可靠性。该测控系统采用了虚拟仪器技术,用于微机控制电子式万能试验机对各种金属及非金属材料进行拉伸、压缩、弯曲等试验。电子万能试验机测控系统是在Borland C++Builder 6.0和Visual C++6.0环境下实现的,采用模块化的设计思路和面向对象的设计方法。可用于Windows 98、Windows 2000、Windows XP等多种操作系统。本文分析了电子万能试验机测控系统的组成及工作原理和系统设计中的几个关键问题。对于如何满足系统的强实时性要求、如何进行试验数据的在线处理、如何有效的实现试验分析、如何绘制曲线、如何实现自动程控等需求,提出了有效地解决方案,总结出了电子万能试验机测控系统的通用模块化结构。设计的测控系统已经通过了各项检测及测试,并正式投入使用。该系统解决了材料的力学性能测定,获得了良好的系统性能。实践证明,该系统在正常环境下运行稳定可靠,实时性强,数据采集精度达到了预期的要求,系统维护方便灵活。该测控软件用于微机控制电子式万能试验机进行各种金属及非金属的试验,按照相应的国家标准完成实时测量与显示、实时控制及数据处理、结果输出及报表打印等各种功能。主要功能总结如下：1.分权限管理,不同级别的操作者有不同的操作权限,可操作的菜单等内容也有所不同,有效的保护了系统；2.实时测量与显示试验力及峰值、位移、变形等各信号,实现了Win2000、Windows XP等NT模式平台下的实时采集与控制,并实现了精确定时,高速采样；3.实现了试验力-变形,试验力-位移,应力-应变等多种试验曲线的实时屏幕显示,可随时切换观察；并且曲线的放大、缩小及保存等操作非常方便；4.支持多种控制方式,包括开环等速位移及等速力、等速应力等多种闭环控制方式；5.具有试验过程控制模式智能设置专家系统,提供给专业用户自动程控编程器：6.采用人机交互方式进行试验数据的分析处理。可根据用户需求及相应的国家标准进行材料试验数据的自动计算和试验报表的编制打印等；7.可记录、保存试验全过程的数据曲线,并具有演示功能,实现试验曲线再现。还可以进行曲线叠加对比,便于对比分析；8.实现了试验力和变形的数字调零、自动标定,方便了操作,提高了机器的可靠性；9.可自动识别并支持外部点动控制,方便了试样的装夹等；10.具备过载保护自动停机功能,并可以自动判断试样断裂,自动停机。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 系统开发背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 系统硬件体系和工作原理
• 1.4 解决的主要问题
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 论文的组织结构
• 第2章 系统需求分析
• 2.1 系统概述
• 2.1.1 系统业务建模
• 2.1.2 系统的总体要求
• 2.2 系统需求问题描述
• 2.2.1 系统的功能性需求分析
• 2.2.2 系统非功能性需求分析
• 第3章 系统架构设计
• 3.1 设计系统架构的目标和原则
• 3.1.1 系统架构设计目标
• 3.1.2 系统架构设计原则
• 3.2 系统技术架构设计
• 3.2.1 系统安全架构
• 3.2.2 系统应用架构
• 3.3 系统功能架构设计
• 第4章 系统详细设计
• 4.1 系统建模
• 4.1.1 系统的静态结构图
• 4.1.2 系统的动态结构图
• 4.2 共用子模块设计
• 4.2.1 权限验证模块的设计
• 4.2.2 试验操作模块的设计
• 4.2.3 试样信息服务的设计
• 4.2.4 试验分析模块的设计
• 4.2.5 数据采集接口的设计
• 4.3 数据库结构设计
• 第5章 系统实现与测试
• 5.1 系统的总体实现
• 5.2 强实时性要求的实现
• 5.3 实时测试数据在线处理的实现
• 5.3.1 剔除包含粗大误差的异常数据
• 5.3.2 滤除随机误差的数字滤波算法
• 5.4 试验分析模块的实现
• 5.5 绘制曲线的实现
• 5.6 自动程控的实现
• 5.6.1 指令编辑与代码解析
• 5.6.2 控制过程生成与实现
• 5.7 系统测试
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文目录
• 学位论文评阅及答辩情况表