数字式拉力试验机夹头设计及加载系统设计仿真
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毕业设计（论文）开题报告
1 选题的背景和意义
开发拉力试验机计算机控制系统的意义体现在以下几个方面：（l）拉力试验机计算机控制系统可采用比较先进的PC机及相关的外围设备作为硬件平台，充分发挥最新计算机产品所带来的海量的存储空间、快速的CPU运算速度所具有的性能优势，进行大量的数据存储，完成高速率的运算处理，最大限度地保证了系统拥有高性能的硬件基础。
（2）高级语言开发出来的、易于操作的国际流行的人机交互界面，可以为试验人员提供一个友好、明晰的操作环境，通过该界面，试验操作人员能方便地选择试验方式，输入试验控制参数，控制试验的开始和终止，实时观察试验的进第一章绪论程。
在试验结束后，还可以由计算机处理试验数据，并可以输出和打印试验结果。
（3）对于重要的试验，保存试验结果以及试验过程中的其它重要数据有重要的意义。
数据库的应用使试验人员可以对试验结果和试验参数等有关数据的存储和再处理成为可能。
在一系列相关试验结束后，试验人员可以调出以前的试验数据，以供研究，还可以根据研究的需要，编制相应程序，对有关数据进行处理，在计算机的协助下，快速准确的得到试验结果。
1.1 选题的背景
由计算机参与的控制系统是一种软件和硬件相结合的控制系统，它可以完成比较复杂的控制过程；其次，随着计算机产业的飞速发展，硬件产品的成本逐年下降，所以可以以较小的造价实现更为全面的功能，能够完成复杂试验过程的控制系统；此外，计算机参与构成的控制系统具有试验结果的存储和分析功能，从而使此类系统能为研究人员提供及时准确的试验数据和结果分析，可以大大缩短试验周期，提高了试验效率。
1.2 国内外研究现状及发展趋势
国外电子万能试验机已经发展成了四种不同的控制方式[1]：
（1）采用松下电机及控制器只能实现等速模拟控制的电子万能试验机，该产品已经满足不了新修订的国家标准GB/T228-2002的要求。
（2）采用单片机组成测量、控制单元、通过计算机与其通讯实现模拟控制的电子万能试验机。
上述控制方式虽然实现等速、等应力、等应变控制，但是在试验过程中各种控制方式及速率无法相互平滑的切换，因此也有时不能满足新修订的试验法要求。
（3）以386计算机为内核的测量控制箱，各生产厂家另配计算机及其试验软件与其通讯的电子万能试验机。
该产品只能实现程序控制，对实验员素质要求高，试验
效率比较低，维修也比较困难。
（4）采用数字式脉冲调宽技术，全数字闭环多功能控制的电子万能试验机。
目前，国内开发的拉力试验机对试验过程的控制多数采用传统的机电控制手段实现，此类设备中操作过程烦琐、试验精度不高、试验数据的保存不便、处理不及时，在一定程度限制了试验机的使用和发展。
随着计算机技术的普及，计算机硬件成本的降低和计算机软硬件技术的发展，利用PC机实现较高性能的拉力试验控制系统成为发展的方向。
2 研究的基本内容
数字化拉力机主要是由计算机控制系统、液压系统、测力机构，及传感器、工作台四部分组成。
采用数字控制的闭环计算机控制系统，使数字式拉力试验机加载稳定可靠，且加载速率可调。
2.1 基本框架
（1）确定总体方案；
（2）数字式拉力试验机楔形夹头的设计；
（3）液压传动系统原理设计；
（4）液压系统数学模型建立；
（5）液压系统的动态系统响应仿真。
2.2 研究的重点和难点
（1）数字式拉力试验机夹头改进设计；
（2）数字式拉力试验机的液压系统设计；
（3）液压系统的数学模型建立及简化；
（4）液压系统的动态响应仿真与分析。
2.3 拟解决的关键问题
（1）解决自动拉力试验机相关参数问题；
（2）解决建立液压系统数学模型问题；
（3）解决液压系统的数学模型简化的问题；
（4）解决液压系统数学模型仿真分析问题。
3 研究的方法及措施
（1）数字式拉力试验机系统为典型的力控制系统，系统通过计算机进行试验项目及参数的设定，通过测力机构检测液压缸的拉力并将检测值反馈给计算机，由计算机控制数控伺服阀，控制液压缸的输出拉力，实现对系统的闭环控制。
其工作过程如图1所示。
图1 全数字式拉力试验机系统的组成图
（2）初定液压传动系统，如图2所示：从泵1开始，1YA通电，电磁换向阀左位工作，经过节流阀，使液压缸活塞杆向右移动，接近工件。
然后泵2起动，1YA断电，电磁换向阀中位工作，此时单向阀的油压为零，经过数控液压伺服阀，流进缸右腔，使液压缸活塞杆向左移动，因活塞杆与试件连在一起，故这种运动正是对试件的加载方式，其加载的快慢、大小由计算机控制数控液压伺服阀实现。
之后关闭泵2,2YA 通电，电磁换向阀右位工作，从泵1流经单向阀推动液压缸活塞杆向左移动，液压缸回程。
图2 液压传动系统原理图
（3）动态响应仿真采用MATLAB软件，采用常规的PID控制算法，基本上消除了时间滞后因素对系统稳定性的不利影响，并对系统进行仿真优化。
4 预期成果
设计一种成本低、性能稳定、操作简明、性能较强的拉力试验机计算机控制系统，成果呈现形式为图纸和设计说明书。
5 研究工作进度计划
2013年11月15日～2014年1月3日：完成文献查阅、外文翻译、文献综述及
开题报告，并准备开题。
2014年1月4 日～2014年3月1 日：数控液压伺服系统设计。
2014年3月2 日～2014年3月16日：拉力试验机系统设计优化。
2014年3月17日～2014年5月10日：整理计算结果，撰写论文。
2014年5月11日～2014年5月30日：论文修改，答辩。
参考文献
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[2]孙如军．数控液压伺服系统设计与应用[J]．机床与液压，2010（18）：48-50．
[3]林义忠，朱江新．液压拉力试验机计算机实时控制系统的设计和开发[J]．液压与气动，2002
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[4]张丹红，胡孝芳，苏义鑫，等．结合重复控制补偿和CMAC的液压伺服系统PID控制研究
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