关于PID多线程材料试验机数控系统研究.pdf

学兔兔 第2期(总第189期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．2 2015年 O4月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MAT10N Apr． 文章编号：1672—6413(2015)02—0189—02 基于PID的多线程材料试验机数控系统研究 王一凡，吕晓东 (北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191) 摘要：材料试验机是对金属材料进行性能测试的重要实验仪器，对于新型材料的研发与改进有着重要的指导 意义。然而传统的材料试验机功能单一，自定义性差。为此将多线程与PID控制相结合，设计出一套数控 编程系统，允许用户轻松自定义试验过程，并在材料试验机上获得了良好的应力速率、应变速率、位移速率 控制及定荷、定应变、定位移控制的实验结果。 关键词：材料试验机；PID控制；多线程；数控操作系统 中图分类号：TP273 文献标识码：A 0 引言 其中：t为时间；KP为比例系数；T，为积分时间常数； 万能材料试验机是测量金属材料力学性能的重要 T 一K ／K ，K 为积分系数；丁。为微分时间常数， 设备，可以用来检测金属材料在各种环境和模拟状态 T。===K。／K ，K。为微分系数。然而由于试验机控制 下的机械性能、工艺性能、结构抗振强度，广泛应用于 时为离散采样控制，故对式(1)进行离散化处理，以采 机械电子、交通运输、冶金建筑、化工、轻纺以及国防科 样时刻点 代替连续时间，以和式代替积分，增量代替 技等领域l_1]，对于改进工程结构和工艺、减轻产品重量 微分，得到位置式PID控制算法，即： 和体积有着重要的指导意义。现行的材料试验机功能 n 单一，试验过程中可操纵性低，已经无法满足金属材料 ( )二==KPe +K J：P +KD(e 一8 1)． (2) 研究的多样性需求。为达到上述要求，笔者应用应力、 因此，可以用PID公式计算出第 次采样时的控 应变及位移传感器，结合多线程及PID控制方法，设 制输出M ： 计了一套材料试验机数控系统，允许用户对试验过程 进行丰富的自定义，能够更加精确有效地实现新型材 iv／．一KPe +Kf ej+KD( 一 1)+Mo．(3) 料的性能研究与改进。 其中：Mo为初始控制输出；比例项K e 与当前偏差 1 试验机控制系统结构 试验机由上位机PC104+AD放大板和下位机结 成正比，偏差为零时，比例项也为零；积分项K ：e， 合组成，用电机驱动器控制电机转动，并由试验机上的 为求历次采样时刻偏差的累积值；微分项K。(e 一 力传感器及水平、竖直方向两个位移传感器实时监控 e 一 )正比于上次PID运算的偏差到当前偏差的变化， 试验机的运动状态[2]，整个系统如图1所示。 预计可能出现的偏差增加并预先输出产生作用。 通过此PID算法，实现了试验机的应力定值控 制、应变定值控制、应力速率定值控制和应变速率定值 AD转换