巖石力學試驗機高精度轉(zhuǎn)臺傳動與控制系統(tǒng)研究.pdf

1、在巖石力學領域，巖石試驗機是必不可少的實驗設備?，F(xiàn)有的巖石力學試驗機只能通過加載，獲得巖石應力-應變等宏觀力學特性，對其內(nèi)部裂紋的發(fā)生和發(fā)展，水氣在縫隙中的運移無法觀測。研制可旋轉(zhuǎn)的巖石力學試驗系統(tǒng)，配合高能加速器CT以及計算機圖像重構(gòu)技術(shù)，可以獲得巖石在模擬地下環(huán)境中被壓裂的微觀特性。巖石試樣承載轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度決定了重構(gòu)圖像的分辨率，所以研制重載荷、變載荷作用下的高精度轉(zhuǎn)臺是可旋轉(zhuǎn)巖石力學試驗系統(tǒng)的關(guān)鍵，由于載荷很大且變化，采用電機配

2、合齒輪箱的驅(qū)動方式是必須的。在工作過程中，載荷變化引起的齒輪變形量的變化對高精度轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)精度的影響不能忽視。
　　論文分析了齒輪傳動彈性變形的計算方法，對齒輪嚙合過程進行了有限元分析。根據(jù)仿真結(jié)果分析了齒輪形變對轉(zhuǎn)臺位置和速度精度的影響，提出了在控制系統(tǒng)中提前預補償?shù)姆绞絹韽浹a位置誤差，以及利用改進控制算法的方式來提高轉(zhuǎn)速平穩(wěn)性。在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立了轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的仿真模型，為了提高轉(zhuǎn)臺的平穩(wěn)性，利用模糊算

3、法對速度調(diào)節(jié)器進行改造。在仿真過程中，對速度調(diào)節(jié)器分別采用了PID控制和模糊PID控制，對仿真結(jié)果進行了分析。
　　在理論研究和仿真基礎上，研制了可旋轉(zhuǎn)巖石力學試驗系統(tǒng)的模擬樣機，實現(xiàn)了三軸壓力室的旋轉(zhuǎn)、軸向加載、圍壓加載、滲流加載。在模擬樣機的基礎上，完成了轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)的硬件電路設計和軟件程序編寫。
　　對轉(zhuǎn)臺進行了性能測試結(jié)果表明，在轉(zhuǎn)臺負載經(jīng)常發(fā)生變化的情況下，使用模糊PID控制轉(zhuǎn)臺速度動態(tài)特性更好，超調(diào)量更小，調(diào)節(jié)時