误差补偿PID调节的电液伺服减振器测试台设计

　　减振器作为汽车的重要零部件之一,对汽车行驶的平顺性、安全性、舒适性有着很大的影响。因此,先进的减振器检测手段,对于研究减振器性能显得极为重要。在国外,Wallaschek J等学者曾对减振器的速度特性进行了研究[1-3];在国内,部分研究学者曾对减振器的测试系统的速度特性、阻力特性、负载特性进行了研究[4-8]。研究的方法多采用通过UG或PRO/E等软件对减振器进行模型构建,然后利用Matlab软件进行速度特性、阻力特性及负载特性的仿真分析,或是通过ANSYS软件对减振器的各类特性进行分析。通过计算机仿真分析所得到的研究成果,在很大程度上为减振器测试系统的开发提供了有价值的理论依据。然而,无论是国内还是国外,都没有报道过能完成减振器所有特性曲线测试的测试系统。此外,已有的研究成果由于存在测取的减振器特性曲线不光滑、误差大等问题,并不能完全满足国标QC/T 545-1999的要求[9]。本测试台通过误差补偿PID调节方法调理信号,利用美国MTS407控制器控制液压伺服系统作动器的动作,实现了对作动器的作动过程进行精确控制的目的。系统中的工控机主要完成与MTS407控制器的通信、传感器信号的采集与处理、图像显示、数据保存、表单打印等任务。

　　1　测试台工作原理

　　电液伺服减振器综合测试台原理图如图1所示。测试台主要由测量和控制系统、激振加载系统、控制器和工控机之间的通信模块以及计算机软件系统等部分组成。其中,测试系统主要包括:工控机、MTS407控制器、液压伺服控制系统、温度传感器、力传感器、位移传感器和数据采集卡。

　　工作时,工控机将外部命令或外部波形信号(如果采用外部输入波形)通过串口传递给MTS407控制器,MTS407控制器根据输入的命令和传感器的反馈信号对控制过程进行原始信号误差补偿PID调节,并得出一个误差值反馈给MTS407阀驱动模块,阀驱动模块根据误差值修正阀驱动信号的大小,以确保命令信号与作动器的作动信号最大可能地保持一致,提高了控制的精确性。同时,工控机不断采集407控制器传感器调理模块的位移信号、压力信号以及试件的温度信号,并根据各试验项目的要求分别对作动器实现不同的控制策略,最终对采集的数据进行加工处理后得到相应的特征曲线及试验数据。

　　2　误差补偿PID算法的设计

　　原始信号误差补偿PID调节算法通过在频域中对被控对象的传递函数进行校正设计,或在Z域中对离散系统的模型进行设计,以减小精度误差,消除稳态误差。对于电液伺服减振器综合测试台而言,确保速度特性曲线平滑是非常关键的,因此通过适当确定测试台各个环节的参数,或用调节器零点去消除被控对象的极点,设计出符合测试台要求的PID调节器至关重要。