本文所涉及的拉力试验机是输变电建设中，用来检验工程中所使用的各种导线及连接件可靠性的一台实验设备，在试验中对加载方式、时间及精度均有严格的要求，同时实验的力值范围也比较大。因此本台设备采用电液比例伺服系统作为拉力驱动部分，利用液压系统功率密度高、快速响应好及无级调速的特点，来满足试验的要求。如何解决由于液压系统泄漏和试件在拉伸过程中弹性变形及相对于夹持器的滑移所产生的滞后现象，以及加载时间过长等问题，是该设备控制技术所要解决的关键问题。

拉力试验机的组成及控制原理

整个系统原来控制方式为：在拉力未达到设定拉力之前，输出信号按程序设定的步长，随试验时间不断增加，油缸内压力也不断增加，当拉力达到设定拉力之后，记下输出控制信号值（用于后面补偿控制），并输出控制信号，这时，比例阀关闭，油缸内的油压靠液控单向阀维持。当油缸内的压力因内泄漏而降低，导致试件所受拉力减小到设定容许值时，输出原来记录的控制信号值，重新启动比例阀，给油缸补油。保压时间达到设定值后，立即换向，比例阀向油缸另一腔供油，驱动油缸回位，回程压力由原来记录的控制信号值确定。这样，控制原理比较简单，但由于受比例阀频繁启动关闭，液控单向阀磨损和油缸突然换向等因素影响，系统使用寿命和可靠性明显降低，设定拉力比较小时，回程速度很慢。

为了解决上述问题，我们设计了如图所示的微机实时控制装置，由以下五部分组成：计算机是整套装置的控制核心，并完成对系统的实时中断控制接口电路是一块标准的接口板，用来完成的转换及信号的传送拉伸机构对试件进行夹持和张拉，是拉力试验机的主体结构部件；拉 力传感器将拉力信号转变成电信号经:转换后反馈给计算机；液压系统是以电液比例阀为核心的电液比例伺服系统，改变其输入电压的大小就可以调节系统的压力。电液比例阀的开度是由计算机控制的，通过调节阀的开度来改变其溢流量从而改变系统的工作压力。根据工作要求，该拉力机设定了两种工作方式，静载荷试验和额定载荷试验，静载荷试验只需施加足够大的拉力使试件产生破断，并记录加载曲线和最大拉力即可；而额定荷载试验是按照一定的加载方式连续地给试件增加拉力，当达到设定的力值时，保压一段时间然后卸荷，以判断试件的承栽能力。系统控制主机采用以为处理器的通用微型计算机，接口板采用位的转换器构成了个模拟测量通道；本文所介绍的控制程序，采用基于平台的面向对象的程序设计语言编写，依据事件驱动方式，来控制整个试验过程。试验参数的输入、实验过程的控制直观；运算速度快，控制灵敏、计算精度高。在程序中，根据实际需要，设定采样时钟周期为在每一个时钟周期内，计算机通过读取当前力值与设定的最大力值进行比较后，根据两者差值大小，来确定当前******的控制信号值，通过;7端口输出，实现液压信号的自动控制。控制程序在拉力试验过程中，计算机发出控制信号经转换后来控制液压系统的压力和油缸的拉伸力，从理论上讲，拉力的大小和控制信号的大小应该成比例关系，但由于试件的弹性变形以及夹具和试件之间产生的滑移，使得拉力的变化严重滞后于控制信号值的变化，系统会出现明显的时间滞后，因而控制信号（和油缸内油压）的增加和拉力增加不可能同步，当拉力到达设定值时，微机所给出的控制信号必定大于静态时设定拉力所对应的值，加载速度越快，误差越大。为了解决这个问题，提高控制系统的快速性和稳定性。在控制程序中，将加栽过程分为三步：在每一个时间周期（可由程序设定为毫秒的整数倍）在拉力小于设定力倍之前，采用比较大的增量步长，增加控制信号；在拉力大于设定力倍之后，采用比较小的增量步长，增加控制信号，避免过载；在拉力达到设定力之后，通过微分控制，即由实际所测量的力值和设定拉力间的差值，来决定控制信号的增减。通过试验，可测试出一组静态拉力控制信号值列表函数，每一次试验可经过插值计算，求出其设定拉力值所对应的静态控制信号作为保压期间微分控制的初始值。为了缩短加载时间，提高工作效率，在程序中增设了一个控制信号初始值，每次试验时加载不是而是从开始，尽快逼近设定拉力值所对应的!值。在保压期间，比例阀不关闭，微机输出给比例阀的控制信号!保持相对稳定，由比例阀直接保压。并根据每个采样周期所测得的当前力值，来动态调整比例阀的控制信号。

保压结束后，结束试验即卸载也分为两步：在每一个时间周期，输出信号逐步减小，油缸内液压力也逐步减小；当输出信号（和油缸内液压力）接近于时，再发出换向信号，控制比例阀换向，驱动油缸回位，减小液压冲击；回程时输出信号值为常量，回程速度不受设定拉力影响；控制程序流程框图如图;所示，其中，为描述工作状态的开关变量，为控制信号值为当前力值，为试件设定拉力值。在控制算法上，作了比较大的优化，拉力波动更小，避免液压系统频繁换向；在试验结束时，通过延时、换向、增压回位元控制过程，减小液压系统的冲击，提高设备的寿命。该程序采用流行的文档视窗模式，提供的生成初始的文档视窗型框架，再用的资源编辑器建立一个对话框，并在其中设置输入各个参数所需的控件，然后派生出一个管理输入参数的视窗类，连接到类中，再对窗口风格进行相应的设置，即可完成界面设计。读入力值使用函数，其中1口的地址，是控制信号值。在该程序中设置了软件置零功能，试验人员只需在传感器不受力时，点击《置零》按钮即可设定零点，改由程序实现后，避免了硬件调零操作上的不便，并可消除试验过程中的系统误差。在试验过程中，各个试验参数（如拉力、保压时间和额定载荷等），均可通过计算机界面设定，控制程序根据设定的参数，自动完成对各个试验环节的控制、试验结果输出、报表打印和文件的管理。依托强大的系统功能，该程序稳定性好，可避免因计算机系统故障而导致的试验失败。完全满足现场生产要求，控制程序运行结果如图所示：液压拉力试验机是一台典型的电液计算机自动控制设备，由于系统存在着严重的时间滞后特性，而且对超调量又有严格的限制，所以给控制系统带来了很大的麻烦。引入分段微分控制算法后，较好地解决了这一难题，从两年多的实际使用情况来看，该控制程序算法上是可行的，运行结果也是可靠的。