谐振式疲劳试验系统工作载荷自适应模糊控制技术研究

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1、浙江工业大学硕士学位论文谐振式疲劳试验系统工作载荷自适应模糊控制技术研究姓名：沈姗姗申请学位级别：硕士专业：机械电子工程指导教师：姜伟；高红俐201112浙江工业大学硕士学位论文谐振式疲劳试验系统工作载荷自适应模糊控制技术研究摘要金属材料疲劳试验是一种测出试件在不同的交变载荷作用下的材料疲劳寿命的试验方式，对于产品结构设计具有十分重要的意义。所有材料疲劳试验中，国际标准规定的最重要、最基本的试验内容是疲劳裂纹扩展试验。目前，谐振式材料疲劳试验系统存在的主要问题是试件刚度在试验过程中会随着裂纹的扩展而变化，导致系统固有

2、频率和振动载荷随着变化。为了实现工作载荷的精确控制，必须建立被控对象精确的力学模型，分析系统动态特性并在此基础上对工作载荷的控制策略进行深入研究，本文的主要研究工作如下：l、建立了谐振式材料疲劳试验机双自由度线性时变模型，得出了试件的固有频率随时问的变化规律，分析了材料疲劳试验系统的动态特性。2、针对材料疲劳试验系统模型的复杂性和快速跟踪、高精度控制响应的要求，根据PID控制和模糊控制理论，设计了自适应模糊PID控制器，并进行了Matlab仿真分析。3、提出了高频疲劳试验系统上位机和现场控制器之间的串口通信协议，制定

3、了高频疲劳试验机动载控制系统的实现流程，完成了振动载荷控制系统设计。4、完成了材料疲劳裂纹扩展实验、基于PID和自适应模糊PID系统振动载荷控制实验，并对实验得到的数据和运行结果进行了比较分析。本论文对材料疲劳试验机动态特性的分析研究，为系统工作载荷的恒幅控制提供了理论基础，据此理论基础设计的动载控制系统在控制性能上有了很大的提高，对疲劳试验技术的发展具有重要意义和应用价值。关键词：疲劳试验机，动态特性，PID控制，模糊控制，自适应模糊控制ABSTRACTRESEARCHONTESTINGLoADADAPTn—EFU

4、ZZYCoNTRoLTECHNoLoGYOFTHERESONANTMATERIALFATIGUETESTERMetallicmaterialfatiguetestisaveryimportanttestingwaytostudythefatiguelifeofspecimensunderthedifferentalternatingload，ithasgreatsignificancefortheprodutdesign．Forallfatiguetests，thefatiguecrackpropagationtes

5、tisthemostimportantandbasictestaccordingtotherelatedinternationalstandard．Currently，themajorprobleminhigh—frequencyfatiguetestsystemisthatduringthetestprocessthestiffnessofthespecimenwillchangewiththecrack’Sgrowing，resultinginthenaturalfrequencyandvibrationload

6、changes．Inordertoachievethehighprecisecontrolofthetestingload，allaccuratemechanicalmodelofthecontrolledobjecthastobeestablished，thedynamiccharacteristicsofthesystemhastobeanalysed．Andonthisbasic，deeperstudyinthecontrolstrategyoftestingload．Themajorresearchinthi

7、spaperisasfollows：1、Establishedthetwofreedomdegreesoflineartime-varyingmodelofthehigh—frequencyfatiguetester,gotthelawofthenaturalfrequencyofthespecimenchangewithtime，analysisofthedynamiccharacteristicsofthedynamicfatiguetestsystem2、Designedthevibratingloadadap

8、tivefuzzyPIDcontrollerofresonantmetallicmaterialfatiguetestingsystemandperformedtheMatlabsimulation．analysis，becauseofthecomplexityofthefatiguetestsystemmodel，andtherequirem