實驗機原理及構(gòu)成
本實驗機的工作原理是將試樣安裝在兩個夾頭之間，以上萬安培的電流通過試樣，使其快速被加熱，同時在兩個夾頭中通有循環(huán)冷卻水，當(dāng)電流增大產(chǎn)生的熱量大于水冷帶走的熱量時，試樣的溫度就升高，反之試樣的溫度就降低，從而達到控溫的目的。根據(jù)不同的實驗要求，當(dāng)試樣被加熱到規(guī)定的溫度時，通過控制液壓缸，推動錘頭高速打擊(壓縮實驗)或拉伸(拉伸實驗)或扭轉(zhuǎn)(扭轉(zhuǎn)實驗)，使試樣發(fā)生形變，同時要記錄并存儲試樣在發(fā)生形變過程中的所有參數(shù)，如液壓缸位移、橫向位移、縱向位移、力、扭矩等。實驗結(jié)束后，由主機對所記錄的數(shù)據(jù)繪制工藝要求的曲線，如位移-力曲線、位移-應(yīng)力曲線、應(yīng)力-應(yīng)變曲線等。有些實驗要求在真空狀態(tài)下進行，即將試樣加熱室抽成真空，根據(jù)需要還可以充保護氣。防止試樣表面被氧化。淬火實驗要求試樣溫度達到某一值時進行淬水、淬氣、氣水混合等以滿足不同的工藝需要。
控制系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)工藝對控制系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度、精度等技術(shù)指標(biāo)的特殊要求來確定控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。為了提高控制精度和速度，而將邏輯控制從i系統(tǒng)中分離出去，由plc控制，二者以通訊方式交換信息。而所有的實時控制任務(wù)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)存儲由i8156b完成。主機主要完成編程器、人機交互界面、數(shù)據(jù)分析及處理等功能。該控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1示。

控制系統(tǒng)的實時任務(wù)
加熱控制系統(tǒng)
試樣加熱采用直接電阻加熱方法，其特點是低電壓、大電流；快速響應(yīng)加熱；瞬間斷電采集數(shù)據(jù)；熱膨脹測量與補償；10ms控制周期。具體方法是通過在變壓器原側(cè)調(diào)節(jié)可控硅的觸發(fā)角，來改變變壓器副側(cè)試樣兩端電壓，從而改變流過試樣中電流大小，實現(xiàn)控溫的目的。這種加熱方法優(yōu)點是可以降低試樣內(nèi)部的熱梯度，防止集膚效應(yīng)，獲得更好的等溫區(qū)。其缺點是由于熱電偶是直接焊在試樣上的，當(dāng)加熱時試樣內(nèi)流過上萬安培的電流，周圍將產(chǎn)生強大的磁場，嚴重地影響溫度測量的精度。但通過ni公司的軟件和硬件提供的觸發(fā)采集功能，可以很好地解決這個問題。方法是通過一個小的同步變壓器獲得變壓器原側(cè)的電壓相位，根據(jù)這個電壓信號的峰值可以計算出觸發(fā)采集電壓與觸發(fā)角的關(guān)系。通過限制觸發(fā)電壓值和適當(dāng)選擇觸發(fā)采集電壓，就可以使可控硅觸發(fā)角留出20℃~30℃的斷電時間，實現(xiàn)斷電采集。通過一個整流橋可以將正弦交流電負半周變成正半周，使每個控制周期控制兩次，控制周期為10ms。
位移控制系統(tǒng)
主液壓缸的控制是通過控制高速伺服閥，完成控制液壓缸推動錘頭移動。工藝要求控制周期越短越好，利用pfi7針完成pid輸入觸發(fā)輸出循環(huán)控制，控制周期為2ms。在高速伺服閥放大器板上有一個硬件pid控制環(huán)，它是將高速伺服閥的閥芯位置作為反饋信號，這個閉環(huán)作為內(nèi)環(huán)。而軟件pid將位移傳感器的實際位置作為反饋信號，這個閉環(huán)作為外環(huán)，這樣大大提高了液壓缸的控制精度。
扭轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)
扭轉(zhuǎn)控制的作用是扭轉(zhuǎn)實驗時完成高速扭轉(zhuǎn)閉環(huán)控制，以及在多道次壓縮或拉伸實驗時，完成試樣第二道次以后的變形量定位控制�？刂品椒ㄊ抢胕6052e的高速計數(shù)器1 測量編碼器的脈沖，通過控制高速伺服閥控制液壓馬達，完成扭轉(zhuǎn)控制。扭轉(zhuǎn)實驗適應(yīng)超級鋼、軍用鋼等高性能鋼種開發(fā)研究的需要，將剪切變形與壓縮變形復(fù)合，從而大幅度提高了變形程度和變形速率，實現(xiàn)了組合連續(xù)大變形的學(xué)術(shù)思想。
流量控制系統(tǒng)
淬火的方式分為淬水、淬氣、氣水混合等方式。在淬火時不同的實驗工藝，要求對淬火的水流量進行相應(yīng)的控制，以滿足實驗工藝�？刂品椒ㄊ菍⒘髁坑嫷臋z測信號作為反饋，控制電磁球閥實現(xiàn)閉環(huán)控制。

硬件連接問題
接地問題
i總線的機箱，其機殼地與aignd和dgnd是相通的，這一點與其他控制系統(tǒng)中有所區(qū)別。為了減少控制系統(tǒng)的干擾，系統(tǒng)接地非常重要。為此將數(shù)據(jù)線的屏蔽層單獨接地，將二次儀表的電源地與機殼地一起單獨接地。另外，二次儀表電源的輸入端通過一個ups使其與電網(wǎng)進行隔離，進一步減小了系統(tǒng)干擾。
e系列數(shù)據(jù)采集卡的計數(shù)器濾波問題
ni網(wǎng)站的an084quadrature encoders中詳細地闡述了利用ls7084芯片和電阻、電容構(gòu)成一個濾波電路，消除由于噪聲和抖動等造成的干擾，此電路還可以對編碼器的輸出脈沖進行4分頻，從而大大地提高了測量精度。

控制系統(tǒng)的軟件
軟件分為三個部分，即上位機的人機界面軟件、實時控制軟件和邏輯控制軟件。
上位機軟件是在windows 2000平臺下，利用labview軟件；實時控制軟件是在w