● 摘要
各类动力测试应变天平在使用前必须经过严格校验，以得到天平使用公式。以往天平校验采用砝码加载，工作量大、效率低。现代天平校验设备的核心部件是自动加载系统。本文参照以往力矩伺服系统的原理，设计实现了一套以DSP控制器为核心、采用PWM功率放大器驱动无刷直流力矩电机作为执行机构的自动加载系统。论文首先分析了电动加载系统的工作原理，根据其工作原理设计了加载系统的总体结构：主要组件包括实验台架、连接件、执行机构、承载系统、信号反馈传感器和电机驱动控制器。同时，论文详细论述了各部分的关键技术和具体实现过程，以及在设计各组件时解决的问题。在实验台架设计和研制完成后，参考有关加载系统的研究文献，建立了加载系统在两种工作状态下的数学模型，得到了实际加载系统动态特性的传递函数。因为采用无刷直流力矩电动机作执行机构，文中详细分析了无刷直流电机的运行特性。得出无刷直流电机在控制系统分析中可看作普通直流电机的合理性。本着容易实现和验证电动加载方案可行性的目的，在静态主动加载系统中采用了转矩信号的微分反馈和常规的微分先行PID控制算法，在动态被动加载系统中采用了基于结构不变性原理的补偿校正和微分先行PID相结合的复合控制律。通过仿真验证了控制律能满足系统的动态性能和稳态性能要求。在理论分析和仿真的基础上，设计了电动加载实验台，包括机械、电路和控制软件等部分。完成实验台的实物连接并进行了系统连调。