（信號(hào)與信息處理專業(yè)論文）三軸—扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)控技術(shù)研究.pdf

人造理_ l 人學(xué)碩上學(xué)位論文 摘要 根據(jù)土工試驗(yàn)使用要求，應(yīng)用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)，將我校與日本誠(chéng)研社合作研 制的新型土一 靜力一動(dòng)力液壓三軸一扭轉(zhuǎn)多功能剪切儀，配備了完善的控制軟件系統(tǒng)。 采用v c + + 6 0 語(yǔ)言作為編程平臺(tái)。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)中的多線程技術(shù)、精確定時(shí)技 術(shù)、繪圖技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代的單神經(jīng)元白適應(yīng)p i d 控制理論，實(shí)現(xiàn)了三軸一扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)的 自動(dòng)控制及數(shù)據(jù)采集處理功能，能夠完成靜態(tài)、動(dòng)態(tài)等各種組合試驗(yàn)，并可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試 驗(yàn)全過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變和位移等十二二種數(shù)據(jù)，繪制實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線，更加方便試驗(yàn)者操 作，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的控制精度。 本文介紹了作者對(duì)原有土工試驗(yàn)設(shè)備所完成的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)數(shù)字 化完善的方法與原理及完善后實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的性能參數(shù)，在試驗(yàn)設(shè)備的控制部分針對(duì)土工力 學(xué)三軸一扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中存在的控制系統(tǒng)在不同頻率設(shè)定參考信號(hào)下產(chǎn)生的控制精度問(wèn)題， 利用現(xiàn)代智能控制技術(shù)中的人工神經(jīng)元控制理論，對(duì)新型土工靜力一動(dòng)力液壓三軸一扭 轉(zhuǎn)多功能剪切儀的控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，完成了對(duì)扭矩和豎向荷載及圍壓的人工神經(jīng)元自 適應(yīng)p i d 控制，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的控制精度和控制系統(tǒng)的魯棒性，使系統(tǒng)在各種實(shí)用頻 率信號(hào)范圍內(nèi)都能獲得準(zhǔn)確的控制效果。 土工建筑物與地基中土體的初始應(yīng)力狀態(tài)是復(fù)雜多樣的，土體主應(yīng)力大小和方向都 會(huì)不斷的變化，在如此復(fù)雜的初始應(yīng)力狀態(tài)下，當(dāng)土體進(jìn)一步承受波浪、地震等復(fù)雜荷 載作用時(shí)，土的動(dòng)力特性與本構(gòu)關(guān)系將變得更加復(fù)雜。因此能夠模擬復(fù)雜初始應(yīng)力條件 和復(fù)雜剪切荷載狀態(tài)的先進(jìn)土工試驗(yàn)設(shè)備對(duì)土工力學(xué)的研究有著重要的意義。隨機(jī)波浪 荷載和地震波荷載的加入為模擬土體實(shí)際受力情況提供了試驗(yàn)條件，為實(shí)際工程提供了 更準(zhǔn)確的試驗(yàn)依據(jù)。 完成數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)改造后的土工靜力一動(dòng)力液壓三軸一扭轉(zhuǎn)多功能 剪切儀已投入使用，且運(yùn)行效果良好，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為其性能指標(biāo)較之過(guò)去獲得了很大 的提高，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。 關(guān)鍵詞：土工試驗(yàn)：三軸；剪切儀：神經(jīng)元控制；隨機(jī)荷載 軸一 f 轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)挖技術(shù)研究 t h e s t u d yo fc o m p u t e r d e t e c t i o na n dc o n t r o l t e c h n i q u e f o rt h eu n i v e r s a lt r i a x i a la n d t o r s i o n a ls h e a r a p p a r a t u s a b s t r a c t a c c o r d i n g t ot h ee x p e r i m e n t a ln e e do ft h e s o i l p r o j e c t ，u s i n gc o m p u t e r a u t o m a t i cc o n t r o l t e c h n i q u e ，t h ep e r f e c tc o n t r o l - s o f t w a r eh a s b e e nd e s i g n e df o rc o n t r o l l i n gt h es o i ls t a t i ca n d d y n a m i c u n i v e r s a lt r i a x i a la n dt o r s i o n a ls h e a r a p p a r a t u sd e v e l o p e d w i t ht h ec o o p e r a t i o no f j a p a nt o k y o s e i k e n b a s e do nt h e p r o g r a mp l a t f o r m o fv c + + 6 0 ，t h es y s t e m ，w h i c hd e v e l o p e d u s i n g t h es i n g l e n e u r o n a d a p t i 、；e p i d c o n t r o lt h e o r ya n d u s i n g t h em u l t i t h r e a d i n g t e c h n i q u e ， p r e c i s et i m et e c h n i q u ea n d d i r e c t d r a w t e c h n i q u e ，c a na c c o m p l i s hc o n t r o l l i n g t r i a x i a la n d t o r s i o n a ls h e a ra p p a r a t u s a u t o m a t i c a l l y a n d c o l l e c t i n ga n dp r o c e s s i n g d a t a t h es y s t e mc a n a c c o m p l i s h a l lk i n d so f s t a t i ca n d d y n a m i c c o m b i n a t i o ne x p e r i m e n t sa n dc a nr e a l - t i m ed e t e c t e x p e r i m e n t a ld a t ai n c l u d i n g t h e d y n a m i cs t r e s s ，s t r a i na n dp o r ep r e s s u r ee t c ，a n dt h e e x p e r i m e n t a ld a t a c a nb ec u r v e do nt h es c r e e ni nr e a lt i m e s y s t e mi su s e d c o n v e n i e n t l ya n d h a s h i g hc o n t r o lp r e c i s i o n t h ea r t i c l ei n t r o d u c e st h em e t h o da n dt h e t h e o r yt h a ta u t h o rh a si m p r o v e d o nt h e p r i m a r y d a t a - p r o c e s s i n gs y s t e m a n d p r i m a r yc o n t r o ls y s t e m , a n dg i v e s t h ep e r f o r m a n c e p a r a m e t e r s o f d e v e l o p e dt e s t i n g - s y s t e m c o n s i d e r i n g t h e q u e s t i o no f c o n t r o l p r e c i s i o nu n d e r t h er e f e r e n c e d s i g n a l s w i t hd i f f e r e n tf r e q u e n c y ，t h e s i n g l en e u r o na d a p t i v ep i d c o n t r o l l e ri sp r e s e n t e dt o r e c o n s t r u c tt h ec o n t r o ls y s t e mt oa c h i e v et h e a d a p t i v ec o n t r o l o ft r i a x i a la n dt o r s i o n a lt e s t t h e s i n g l e n e u r o n a d a p t i v ep i d c o n t r o l l e rw i l lm a k e r a p i di m p r o v e m e n t o f t h ec o n t r o l p r e c i s i o na n d r o b u s t n e s so fc o n t r o ls y s t e mu n d e ra l lk i n d so fr e f e r e n c e ds i g n a l sw i t ht h ed i f f e r e n t f r e q u e n c y b u i l d i n ga n d t h e o r i g i n a ls t a t eo fd y n a m i c s t r e s si nt h es o i la r ev e r yc o m p l e x t h e m a g n i t u d e a n dd i r e c t i o no fm a i n d y n a m i c s t r e s sc h a n g e f r e q u e n t l y u n d e rt h ec o m p l e x c o n d i t i o n ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns o i ld y n a m i cc h a r a c t e ra n ds t r u c t u r ew i l lt u r nm o r ec o m p l e x w h e ns o i li sp r e s s e dm o r ea n dm o r e b y t h e c o m p l e x l o a d s i n c l u d i n g t h e w a v e ，e a r t h q u a k ea n d s oo n s oi ti sm e a n i n g f u lt h a td e s i g nt h ed e v i c et h a tc a ns i m u l a t et h e c o m p l e x e n v i r o n m e n t t h e e x p e r i m e n t a l c o n d i t i o no f s t r e s s i n g t h es o i li sm e t b yl o a d i n g r a n d o mw a v ea n d e a r t h q u a k e w a v e ，w h i c hp r e s e n t sp r e c i s ee x p e r i m e n t a le n v i r o n m e n tf o rr e a lp r o j e c t s t h e d e v e l o p e d s h e a r a p p a r a t u s h a sb e e nu s e da n dr u n w e l l e x p e r t st h i n kt h a tt h e p e r f o r m a n c e i sb e t t e rt h a nb e f o r ea n di tc a na c h i e v et h ea d v a n c e di n t e r n a t i o n a ll e v e l k e y w o r d s ：s o i l p r o j e c te x p e r i m e n t ；t r i - a x i s ；s h e a r a p p a r a t u s ；c o n t r o lo f n e r v ec e h ； r a n d o ml o a d l i 獨(dú)創(chuàng)性說(shuō)明 作者鄭重聲明：本碩士學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究 工作及取得研究成果。盡我所知，除了文中特 l i j j t l 以標(biāo)注和致謝的地方 外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果，也不包含為獲得 大連理工大學(xué)或其他單位的學(xué)位或證書所使用過(guò)的材料。與我一同工作 的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝 意。 作者簽名：至盤 日期：遞壘i 旦盈旦 人連理l 人學(xué)碩j j 學(xué)位論文 引言 1 項(xiàng)目背景與意義 巖十工程分析理論與計(jì)算方法的發(fā)展離不開先進(jìn)的十工試驗(yàn)設(shè)備與現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)， 目前在十體研究中，常規(guī)的循環(huán)三軸儀已不能夠滿足復(fù)雜應(yīng)力條件下海洋十的變形和強(qiáng) 度特性。 諸如海上石油平臺(tái)、海底管線和碼頭等近海和離岸建筑物的地基受力情況非常復(fù)雜 除了承受建筑物自重的k 期作用以外，還要經(jīng)常遭受暴風(fēng)波浪、冰荷載、水流、風(fēng)與地 震荷載的瞬時(shí)或循環(huán)作用，這些一卜 j 建筑物的地基巾的“i ：體木身的初始應(yīng)力狀態(tài)就足復(fù) 雜多樣的，j 卜體主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向都是不斷改變的，當(dāng)十體進(jìn)一步承受上述波 浪、地震等復(fù)雜荷載作用時(shí)，十的動(dòng)力特性與本構(gòu)關(guān)系就變得更加復(fù)雜。為了保證在如 此復(fù)雜的十體動(dòng)力特性與本構(gòu)關(guān)系下，海工建筑物與海洋設(shè)施的地基不山現(xiàn)失穩(wěn)、滑移 與傾斜事故，我們必須清楚的了解十體在不同初始主應(yīng)力條件和不同荷載作用的狀態(tài)下 的動(dòng)力特性和本構(gòu)模型，因?yàn)槭w的動(dòng)力特性及本構(gòu)模型是海洋建筑物地基的動(dòng)力響應(yīng) 及穩(wěn)定性分析的重要基礎(chǔ)，同時(shí)它也是十動(dòng)力學(xué)與巖十地震工程研究中至莢熏要的基礎(chǔ) 課題，是海洋平臺(tái)等重大工程設(shè)計(jì)中首要解決的實(shí)際問(wèn)題。其中十工三軸試驗(yàn)技術(shù)對(duì)十 的動(dòng)力特性和本構(gòu)模型的研究具有極其重要的作用，成為十的強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變性能和其 它力學(xué)性能測(cè)試的重要手段。 為了有效地研究在復(fù)雜應(yīng)力條件下海洋十的變形和強(qiáng)度特性，必須開發(fā)一套完整的 專門十工試驗(yàn)設(shè)備，通過(guò)不同應(yīng)力路徑的十工試驗(yàn)，系統(tǒng)的研究包括主應(yīng)力方向旋轉(zhuǎn)等 多種復(fù)雜應(yīng)力路徑條件下十的變形與強(qiáng)度特性，為建立復(fù)雜應(yīng)力條件下十的本構(gòu)模型提 供必要的試驗(yàn)條件，對(duì)十力學(xué)學(xué)科研究發(fā)展及實(shí)際工程問(wèn)題的解決都有著重大意義。 在實(shí)驗(yàn)室研究十體動(dòng)力特性和本構(gòu)模型領(lǐng)域，最早由我國(guó)黃文熙教授提山了采用 振動(dòng)三軸儀的研究方法，此后三軸振動(dòng)儀試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展很快。并取得了可喜的研究 成果，而三軸一扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)設(shè)備的研制也取得了很大的發(fā)展。 在國(guó)外，日本爾京大學(xué)石原研而等首先在日本誠(chéng)研社制造的空心圓柱豐h 轉(zhuǎn)剪切儀 的基礎(chǔ)上增加了豎向加載系統(tǒng)，對(duì)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了一定的探索。但是在試驗(yàn)中沒有考慮 荷載的動(dòng)力效應(yīng)而將波浪荷載當(dāng)作靜力非常緩慢地施加。美國(guó)r i c e 大學(xué)采用m t s 公司 制造的類似設(shè)備也進(jìn)行了探索性試驗(yàn)研究工作。日本山口大學(xué)與日本d a a r u t a n i 公司合 作制作完成了類似的設(shè)備，主要局限于模擬靜力循環(huán)加載情況。 軸一孛f f 轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)控技術(shù)研究 在國(guó)內(nèi)，清華人學(xué)在山美國(guó)引進(jìn)的掃【剪共振拄儀的基礎(chǔ)上進(jìn)行了。系列的改進(jìn)工 作，增設(shè)了循環(huán)軸向加載和測(cè)試系統(tǒng)，研制了雙向循環(huán)剪切儀，但是，存在者頻率過(guò) 低、功能局限等缺陷。西安理工大學(xué)與中國(guó)水利水電科學(xué)研究院儀器所合作，在動(dòng)三軸 儀的基礎(chǔ)上增加了扭矩加載系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)，使系統(tǒng)可進(jìn)行扭矩加載實(shí)驗(yàn)，目前，他們 正在進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)備的二次更新和改造，希望可以完成三軸一扭轉(zhuǎn)的耦合加載試驗(yàn)。在 “2 兒”工程的支持下，河海大學(xué)也在進(jìn)行類似設(shè)備的研制。 以上就是三軸一扣轉(zhuǎn)試驗(yàn)儀在國(guó)內(nèi)外的研發(fā)情況，從中我們發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外的三軸一扭 轉(zhuǎn)試驗(yàn)儀的控制方式大都停留在模擬閉環(huán)p i d 控制的水平，尚未考慮隨機(jī)波荷載試驗(yàn)等 問(wèn)題，而且試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理的自動(dòng)化程度也有待進(jìn)一步提商。 2 項(xiàng)目概況 在大連理工大學(xué)“2 1 1 ”工程與“海岸和近海工程”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)計(jì)劃的支持下， 海岸和近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室海洋巖土力學(xué)分實(shí)驗(yàn)室開始討論研制開發(fā)新犁靜力一動(dòng) 力三軸一扭轉(zhuǎn)多功能剪切儀的可能性和可行性，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證、多方比選和優(yōu)化設(shè)計(jì)， 確定了設(shè)備的總體工作性能與具體技術(shù)指標(biāo)，本著技術(shù)先進(jìn)、降低造價(jià)、減小風(fēng)險(xiǎn)的原 則。與日本誠(chéng)研社株式會(huì)社合作開發(fā)了新一代的可以完成試樣內(nèi)外側(cè)壓力單獨(dú)控制，而 且既可單獨(dú)完成動(dòng)力、靜力的三軸試驗(yàn)和靜力、動(dòng)力的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)又可以完成三軸一扭轉(zhuǎn) 耦合試驗(yàn)的多功能試驗(yàn)儀。從目前運(yùn)轉(zhuǎn)情況看，該試驗(yàn)儀各項(xiàng)性能指標(biāo)都基本達(dá)到了要 求，但是還存在著試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集處理方式比較落后、試驗(yàn)加載的控制精度不太理想以及 不能進(jìn)行隨機(jī)波荷載試驗(yàn)等問(wèn)題。2 0 0 3 年為了進(jìn)一步提高這套設(shè)備的試驗(yàn)性能，我們?cè)?保囝原有設(shè)符比較完善的機(jī)械試驗(yàn)部分和液壓作動(dòng)部分及模擬控制部分的基礎(chǔ)上，利用 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)對(duì)該設(shè)備的數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步 的完善，配備了一套完善的控制系統(tǒng)軟件。目前，此工作已完成，并已投入使用，從目 前試驗(yàn)設(shè)備的運(yùn)行情況來(lái)看，此次的改造，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，提高了設(shè)備自動(dòng)化程度， 提高了系統(tǒng)各項(xiàng)加載控制的精度。同時(shí)大大加大了控制系統(tǒng)的魯棒性，增加了隨機(jī)波荷 載試驗(yàn)的功能。 3 本論文所做的工作 本文簡(jiǎn)要的介紹了試驗(yàn)設(shè)備的系統(tǒng)組成和工作原理，結(jié)合試驗(yàn)的實(shí)際情況，詳細(xì)介 紹了為試驗(yàn)機(jī)配備的控制系統(tǒng)軟件，包括數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)和各項(xiàng)加載控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2 一 人連理：人學(xué)碩上學(xué)位論文 和實(shí)現(xiàn)。主要講述了單神經(jīng)元自適應(yīng)p i d 控制的應(yīng)用，隨機(jī)波荷載對(duì)十體作用的實(shí)現(xiàn)， 本文還對(duì)配備了完善系統(tǒng)軟件的試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，對(duì)試驗(yàn)機(jī)的性能 指標(biāo)的改善進(jìn)行確認(rèn)。 3 一i 軸一| f i 轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)擰技術(shù)研究 1 1 概述 本系統(tǒng)采用液壓伺服式驅(qū)動(dòng)方式，由機(jī)械框架、試驗(yàn)腔體、液壓系統(tǒng)、傳感器組、 模擬控制放大器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)及a d d a 接口組成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1 1 所示。 圖1 1 試驗(yàn)機(jī)結(jié)構(gòu)框圖 f i g 1 _ ld i a g r a mo fa p p a r a t u s ss t r u c t u r e 其中，試驗(yàn)機(jī)的機(jī)械框架用于固定試驗(yàn)腔體，同時(shí)固定檢測(cè)傳感器及液壓管線，試 驗(yàn)腔體主要用于放置實(shí)驗(yàn)試樣，是實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的主要場(chǎng)所。液壓系統(tǒng)，包括液壓源、三軸 液壓伺服作動(dòng)器、扭剪液壓伺服作動(dòng)器等，主要用于提供試驗(yàn)用的各種壓力、扭矩。計(jì) 算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)自動(dòng)采集處理。試驗(yàn)機(jī)的控制系 統(tǒng)，主要完成對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程各種加載的精確控制。 該系統(tǒng)從日本引進(jìn)時(shí)配備的模擬控制，液壓系統(tǒng)。試驗(yàn)裝置等部分功能都十分完 善而其計(jì)算機(jī)控制及數(shù)據(jù)采集處理部分則根本無(wú)法滿足各種實(shí)驗(yàn)的使用要求，因此我 們對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的改造，重新配糈了控制計(jì)算機(jī)和a d d a 接口板，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的 主要配置為：臺(tái)灣研華公司的p 1 8 g 工控機(jī)、p c - 7 4 3 1 高精度a d 接口卡、p c 一 7 4 6 4 高精度d a 接口卡。控制系統(tǒng)軟件通過(guò)d a 、 o 接口卡對(duì)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行控制、采 集。 本試驗(yàn)機(jī)的主要功能是通過(guò)對(duì)試驗(yàn)腔體中的十體試樣加豎向荷載、周向扭矩，控制 空心試樣內(nèi)外側(cè)壓力的大小來(lái)模擬不同初始主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向的十體在承受各 4 人造理上人學(xué)碩上學(xué)位論文 種自然界荷載作用下的動(dòng)力學(xué)特性和本構(gòu)模型。為了準(zhǔn)確的模擬各種自然界的荷載以及 各種初始主應(yīng)力狀態(tài)，必須準(zhǔn)確的控制豎向荷載、周向扭矩及空心試樣內(nèi)外側(cè)壓力，包 括這三項(xiàng)荷載的加載頻率、速度、大小以及加載的路徑等，這就要求試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)必須采 用精確的控制方法，為此，我們?yōu)橄到y(tǒng)設(shè)計(jì)了三路具有高控制精度和控制魯棒性的雙閉 環(huán)控制系統(tǒng)，其l j 環(huán)為模擬p i d 閉環(huán)控制回路，外環(huán)為用軟件形式實(shí)現(xiàn)的單神經(jīng)元自適 應(yīng)p i d 控制閉環(huán)回路。 1 2 機(jī)械結(jié)構(gòu)及檢測(cè)傳感器 試驗(yàn)儀的機(jī)械部分如圖1 2 所示，主要包括試驗(yàn)儀的機(jī)械框架和試驗(yàn)腔體，其中試 驗(yàn)儀的機(jī)械框架用于固定試驗(yàn)腔體，同時(shí)固定檢測(cè)傳感器及液壓管線，在其上部安裝有 軸向加載作動(dòng)器及扭矩加載作動(dòng)器，由伺服閥根據(jù)控制信號(hào)大小來(lái)控制液壓源對(duì)其提供 壓力大小進(jìn)行加載，試驗(yàn)腔體則主要用于放置試驗(yàn)試樣，是試驗(yàn)進(jìn)行的主要場(chǎng)所。 圈1 2 試驗(yàn)儀機(jī)械結(jié)構(gòu) f i g 1 2m e c h a n i c a ls t r u c t u r eo fa p p a r a t u s 5 ：軸一 h 轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)拄技術(shù)研究 試驗(yàn)機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如一p 豎向荷載傳感器量程為2 、l o 、2 0 k n ： 扭矩傳感器量程為2 0 、5 0 n m ； 孔壓計(jì)量程為1 0 0 0 k p a ； 側(cè)壓計(jì)量程為1 0 0 0 k p a ； 最大豎向位移計(jì)量程為5 0 r a m ： 豎向微小位移計(jì)量程為1 5 姍； 最大角位移計(jì)量程4 0 。： 微小角位移計(jì)量程1 0 。； 試樣體變計(jì)量程為3 0 0 m l ； 內(nèi)腔體變計(jì)量程為1 0 0 $ l ： 外圓筒體變計(jì)量程為2 0 0 m l ； 振動(dòng)頻率為0 o l l o h z ； 兩種實(shí)心圓柱試樣尺寸分別為m o o h 2 0 0 和1 ) 6 1 8 h 1 5 0 ； 兩種空心圓柱試樣尺寸分別為d i o o x d 6 0 x h l 5 0 和d 7 0 x d 3 0 x h l 0 0 。 試驗(yàn)機(jī)根據(jù)試驗(yàn)的要求安裝有l(wèi)1 個(gè)傳感器，用來(lái)測(cè)量試樣在試驗(yàn)過(guò)程中各種物理 參數(shù)的變化和試驗(yàn)腔體內(nèi)的環(huán)境變化。這1 2 種物理量分別是：豎向荷載，豎向大位 移、扭矩、大角位移、小角位移、外側(cè)壓、內(nèi)側(cè)壓、孔壓、試樣體變、內(nèi)腔體變、外腔 體變、豎向小位移。其中荷載傳感器測(cè)量豎向荷載和扭矩，可用于三軸試驗(yàn)、扭剪試驗(yàn) 及耦合試驗(yàn)的荷載量測(cè)，并與豎向微幅位移傳感器、兩種角位移傳感器一起置于三軸壓 力室之內(nèi)。這些測(cè)量量被轉(zhuǎn)化為的電壓信號(hào)送入模擬控制放大器和a d 轉(zhuǎn)換接口板。 1 3 液壓伺服系統(tǒng) 液壓伺服系統(tǒng)如圖1 3 所示，液壓泵提供動(dòng)力，伺服閥控制油液的流量和方向，加 載壓力通過(guò)作動(dòng)器加載到試侔上，完成試驗(yàn)儀的系統(tǒng)控制動(dòng)作。這里使用的是低噪音齒 輪液壓泵，( 輸出液壓= l o m p a ，最大輸出液壓= 1 4 l l p a ，有效件油_ 量= 1 6 l m i n ，最大壓 力時(shí)：1 3 l m i n ) 以及東京地震s o k k i 有限公司制造電磁液壓伺服閥( 4 0 0 歐姆， 1 5 m a ) 。 一6 人連理人學(xué)碩上學(xué)位論文 圖1 3 試驗(yàn)儀液壓系統(tǒng) f i g 1 3h y d r a u l i cp r e s s u r es y s t e mo fa p p a r a t u s 1 4 模擬控制系統(tǒng) 模擬控制系統(tǒng)主要完成試驗(yàn)儀的三通道模擬p i d 閉環(huán)控制，具有比較完善的硬件保 護(hù)、緊急事件連鎖保護(hù)、信號(hào)抗干擾措施和優(yōu)秀的功放電路。主要由以下扳卡構(gòu)成： 1 ：e 0 - 6 3 0 扭矩伺服控制板卡，此板卡主要用來(lái)完成對(duì)試驗(yàn)試樣的周向扭矩加載的 模擬p i b 閉環(huán)控制，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的系統(tǒng)中，它以抓矩傳感器的測(cè)量值作為反饋， 以計(jì)算機(jī)發(fā)山的控制信號(hào)作為給定輸入，在新的控制系統(tǒng)中作為雙閉環(huán)控制的內(nèi)部控制 閉環(huán)。 2 ：e 0 - 2 9 0 豎向荷載伺服控制板卡，此板卡主要用于對(duì)豎向荷載的模擬p i d 閉環(huán)控 制，在改計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用與e 0 - 6 3 0 一致。 3 ：e 0 - 4 7 0 圍壓伺服控制板卡，此板卡主要用于對(duì)空心試樣內(nèi)外側(cè)壓的模擬p i d 閉環(huán)控制，在計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)中作用亦與e 0 - 6 3 0 一致。此處需注意：e 0 - 4 7 0 圍壓 一7 一 ：軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)拄技術(shù)研究 伺服控制板卡可以被川來(lái)分別控制空心試樣的內(nèi)側(cè)匿力和外側(cè)壓力，其控制功能的轉(zhuǎn)換 由液壓系統(tǒng)巾的液壓管路迮接開關(guān)完成。 4 ：e a 一6 0 0 系列放大器，它們可與各種傳感器連接，把傳感器信號(hào)放大，并輸山額 定值為5 vd c 的信號(hào)。它們是自動(dòng)平衡型的放大器。 5 ：用于手動(dòng)控制的靜態(tài)參考信號(hào)發(fā)生器，動(dòng)態(tài)參考信號(hào)發(fā)生器，耦合試驗(yàn)參考信號(hào) 發(fā)生器的板卡。這些信號(hào)發(fā)生器在手動(dòng)控制系統(tǒng)中提供給定信號(hào)，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中 作為緊急備份設(shè)備使用，一般情況下。它們的功能由控制計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成。 8 一 人連理上人學(xué)碩上學(xué)位論文 圖1 4 試驗(yàn)儀的主要構(gòu)成設(shè)備 f i g 1 4t h em a i nc o m p o n e n t so fa p p a r a t u s 9 一 n j 斟m 蟄 工*專轉(zhuǎn)烈薄 禱整湛蹙帆漆 瓣，下ji藩堂訊囂 田2-障審薜爵母 一一#芋l曼：n口目n6；ne晡of_l；口口20jj 蔓蜀鑫 i 軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)挖技術(shù)研究 目卜一，計(jì) 圖1 5 試驗(yàn)機(jī)加載系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 f i g 1 5t h el o a d i n gs y s t e mo ft h ea p p a r a t u s ，- i l v ：2 人連理人學(xué)碩上學(xué)位論文 1 5 工作原理 在巖土工程力學(xué)研究理論中，土體應(yīng)力狀態(tài)與土體的應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系是描述在靜、 動(dòng)荷載作用一f 土的變形與強(qiáng)度特性的基礎(chǔ)，也是評(píng)價(jià)土工建筑物與地基變形與穩(wěn)定性的 前提條件，足其研究的重要方面之一。而本論文中的土工靜力一動(dòng)力液壓三軸一扭轉(zhuǎn)多 功能剪切儀就是一種比較先進(jìn)的研究土體應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的試驗(yàn)儀器。該試驗(yàn)機(jī)可以通 過(guò)對(duì)試樣內(nèi)外懊4 壓力、扭矩、豎向荷載的精確控制來(lái)模擬土體在自然環(huán)境荷載作用下的 各種應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)變狀態(tài)的變化來(lái)研究其強(qiáng)度指標(biāo)與變形指標(biāo)的相應(yīng)的變化。下面。將 具體介紹其工作原理。 1 5 1 土工三軸一扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)中控制原理 一 土工力學(xué)試驗(yàn)有很多種，由加載設(shè)定信號(hào)的形式可分為：荷載設(shè)定信號(hào)為斜坡信號(hào) 的靜力試驗(yàn)和荷載設(shè)定信號(hào)為各種波動(dòng)信號(hào)如：正弦信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)等動(dòng)力試驗(yàn)；由所 加荷載類型可分為：只加載豎向荷載的三軸試驗(yàn)、只加載扭矩的扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)和同時(shí)加載豎 向荷載和扭矩的耦合試驗(yàn)。所有這些試驗(yàn)都可以分為兩個(gè)過(guò)程：固結(jié)過(guò)程和剪切過(guò)程， 固結(jié)過(guò)程是為了形成土體試樣的不同的初始主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向，而剪切過(guò)程是 對(duì)不同應(yīng)力狀態(tài)初始條件下的土體試樣加載各種荷載讓其主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向沿 著不同的規(guī)則和路徑變化，來(lái)研究土體試樣的變形和強(qiáng)度特性。所以從應(yīng)力狀態(tài)控制角 度來(lái)看，實(shí)質(zhì)上初始應(yīng)力狀態(tài)控制，即固結(jié)應(yīng)力條件的控制就是靜力豎向荷載以及靜力 扭矩與內(nèi)外側(cè)壓力的控制，剪切條件控制就是根據(jù)預(yù)定的主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向改 變的路徑來(lái)控制相應(yīng)的靜一動(dòng)力豎向荷載與扭矩的變化路徑。在這里需指出，雖然固結(jié) 和剪切過(guò)程從實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)都是對(duì)豎向荷載和扭矩等荷載的控制，但是兩過(guò)程的控制實(shí)施 還是存在很大的差別： 1 )固結(jié)過(guò)程與剪切過(guò)程不同，固結(jié)過(guò)程必須在加載試樣內(nèi)外側(cè)壓力以及別的荷載 的同時(shí)進(jìn)行攤水，排水可以使試樣固結(jié)飽和，以此來(lái)形成士體試樣的初始主應(yīng)力大小和 大主應(yīng)力方向。當(dāng)然有一種比較特殊的固結(jié)過(guò)程k 。固結(jié)可以不要求排水。 2 ) 試驗(yàn)一般只在固結(jié)階段改變對(duì)土體試樣加載的試樣的內(nèi)外側(cè)壓力，在剪切階段 一般維持固結(jié)階段所加的內(nèi)外側(cè)壓力不變。 1 5 2 土體的應(yīng)力狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)控制的關(guān)系 因?yàn)楸驹囼?yàn)機(jī)控制的目的就是改變土體應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，所以要清楚的了解試驗(yàn)機(jī)的 工作原理，我們還要了解土體應(yīng)力狀態(tài)的衡星指標(biāo)。如圖1 6 所示，通常來(lái)說(shuō)試樣的應(yīng) i 軸一抓轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)拄技術(shù)研究 力狀態(tài)可以采用主應(yīng)力6 ，6 ：，6 ，以及最大主應(yīng)力的方向與豎軸方向的方向角等四 個(gè)最來(lái)表達(dá)。一般的土力學(xué)試驗(yàn)就是通過(guò)改變這四項(xiàng)指標(biāo)來(lái)改變土體的應(yīng)力狀態(tài)的。 圖1 6 三軸一扭剪耦合剪切試驗(yàn)空心圓柱土樣應(yīng)力狀態(tài) f i g 1 6t h es t r e s sc o n d i t i o no fh o l l o wc y l i n d e rs a m p l ei ns o l l t r i a x i a la n dt o r s i o n a lm u l t i p l es h e a rt e s t s 而在本文中的土工靜力一動(dòng)力液壓三軸一扭轉(zhuǎn)多功e 剪切儀是在試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試樣 內(nèi)側(cè)壓p 。、外側(cè)壓p ，、扭矩m 、豎向荷載w 進(jìn)行精確控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)十體應(yīng)力狀態(tài)的改 變。以下是它們兩者之間存在的關(guān)系： 首先主應(yīng)力5 ，6 ：，5 ，以及大主應(yīng)力方向與豎軸的方向角a 與各應(yīng)力分罱關(guān)系 如下： 盯= 當(dāng)當(dāng)+ 璺二曼c(diǎn) o s 2 a 22 盯，2 吒 = 半一學(xué)c o s 2 a ( 2 - ，) 同時(shí)， 試樣內(nèi)側(cè)壓p 。、外側(cè)壓p 。、扭矩m 、豎向荷載w 與各應(yīng)力分量有如下關(guān)系： 1 2 人連理工人學(xué)碩上學(xué)位論文 p i - 生產(chǎn) p 0 - 生孝 w 2 三h ( d 2 - d 2 ) 一( p 。d 2 _ p , d 2 ) 】 m ：熹( d 3 一d 3 ) 1 2 a_堡墮b=!型(2-2)22 其中，d ：試樣外徑，d ：試樣內(nèi)徑。 由公式( 2 1 ) 和( 2 2 ) 可知，給定的主應(yīng)力大小和大主應(yīng)力方向可由試樣內(nèi)側(cè)壓 p 。、外側(cè)壓p ，、扭矩m 、豎向荷載w 綜合加載來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以三軸一扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)儀通過(guò)控制 各項(xiàng)加載來(lái)控制十體應(yīng)力狀態(tài)的變化，且控偉4 精度直接關(guān)系到對(duì)十體應(yīng)力狀態(tài)控制的精 席。 1 3 一軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)擰技術(shù)研究 2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及其功能 2 1 概述 控制軟件系統(tǒng)按功能分為以下幾個(gè)模塊：試驗(yàn)記錄模塊，標(biāo)定模塊，產(chǎn)生信號(hào)模 塊，采集模塊，控制模塊，數(shù)據(jù)分析處理模塊。其中。前三個(gè)模塊為試驗(yàn)的輔助功能模 塊，將在本小節(jié)中簡(jiǎn)單介紹，后三個(gè)模塊為主要功能模塊，將在后三個(gè)小廿中詳細(xì)介 紹?？刂葡到y(tǒng)軟件主菜單如圖2 1 所示。 圖2 1 控制系統(tǒng)軟件主菜單 f i g 2 1t h em a i nm e n uo fc o n t r o ls y s t e m 計(jì)算機(jī)發(fā)出的d a 信號(hào)控制試驗(yàn)機(jī)運(yùn)行，系統(tǒng)配備的d a 墨共有4 路輸出根據(jù)不 同的試驗(yàn)類型，選用不同的d a 接口：d a o 為扭矩動(dòng)態(tài)信號(hào)，d a 1 為軸向荷載動(dòng)態(tài)信 號(hào)，d a 2 為扭矩靜態(tài)信號(hào)，d a 3 為軸向荷載靜態(tài)信號(hào)。 本控制系統(tǒng)可完成的試驗(yàn)種類如圖2 2 所示，可在多種初始固結(jié)條件下進(jìn)行任意的 固結(jié)或變化主應(yīng)力方向和主應(yīng)力軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)等各種復(fù)雜加載過(guò)程的靜力、動(dòng)力耦合試 驗(yàn)。試驗(yàn)過(guò)程全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)，基本上滿足了土力學(xué)基礎(chǔ)研究試驗(yàn)的需要。 一1 4 大連理太學(xué)疆土學(xué)位論交 l 試簸楓控黼幕娩 上 上 l 選彝霾臻捧零窘蕊t遺舞瓣縫蘩璐； l l l 眷霹g i 苓撐寒 一般為固績(jī)不攤求l 1 2 不戚紹攤水1 均韉固緒l | 3 冀縫撼褒 ；2 琴海篝蠢續(xù)i 圖2 2 試驗(yàn)嫠型 f i g 。2 2t e s ts 姆l e 下疆，寵奔纓下三令輔鬻模塊夔萌鼴及要璦： ( 1 )試驗(yàn)記澩模塊，試輟時(shí)，蓉先要選擇試驗(yàn)類鱉，轍攢舉簿的試驗(yàn)類銎攆密穗殘酶 參羧l 鑫天辯話挺，懿踅2 。3 艨示雋趣剪凌騷瓣入瓣漣框，試驗(yàn)者擻攥試驗(yàn)禱琵按 怒對(duì)話糕中所殘條露填鬈對(duì)纛僵，這些參數(shù)數(shù)據(jù)佟舞采集數(shù)據(jù)熬文諱頭與采鬃數(shù) 攆絳存予秘一文 拳中。在試驗(yàn)鑫玲瓣處理數(shù)攥避，w 毅爨秀便叉潦糍瞧了鱗試驗(yàn) 情況。 鍪2 。3 戇贅城驗(yàn)記菠驤天辯鹺據(jù) f i g 2 3 t h et o r s i o n a ls h e a re x p e r i m e n t a li n p u td i a l o gw i n d o w 主s 一 軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)拄技術(shù)研究 ( 2 ) 傳感器標(biāo)定模塊標(biāo)定對(duì)話框如圖2 4 所示，本試驗(yàn)機(jī)系統(tǒng)中使用的傳感器 圖2 4 傳感器標(biāo)定對(duì)話框 f i g 2 4t h ed i a l o gb o xo fs e n s o rc a l i b r a t i o n 都認(rèn)為是線性的，即：y = a x + b ，其中：x 是傳感器的電壓輸出，y 是傳感器當(dāng)前承受的 工程值，a 是比例放大系數(shù)，b 是平移系數(shù)。進(jìn)行儀器標(biāo)定時(shí)，首先在“通道選擇”的 下拉框中選定h 口將標(biāo)定的傳感器所在的a d 通道號(hào)。然后在“數(shù)據(jù)采集與對(duì)應(yīng)”組合中 設(shè)置當(dāng)前的工程值，如荷載傳感器的噸位、位移傳感器的位移等，點(diǎn)擊“采集”按鈕， a o 卡獲得當(dāng)前采樣通道的電壓值，并將其顯示在編輯框中，點(diǎn)擊“添加”按鈕，列表 框山現(xiàn)一組工程值和電壓值。希望對(duì)當(dāng)前列表框中的幾組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)標(biāo)定時(shí)，只需點(diǎn) 擊“計(jì)算”按鈕，該傳感器的近似線性標(biāo)定系數(shù)將出現(xiàn)在系數(shù)a 對(duì)應(yīng)的編輯框中，標(biāo)定 曲線與參加標(biāo)定的數(shù)據(jù)點(diǎn)山現(xiàn)在圖片中，“相關(guān)率”對(duì)應(yīng)的編輯框中的數(shù)字顯示了當(dāng)前 統(tǒng)計(jì)運(yùn)算的相關(guān)系數(shù)，表明工程值和輸出電壓值之間的線性相關(guān)程度，該值越接近1 ， 傳感器的線性越好。 ( 3 ) 控制信號(hào)產(chǎn)生模塊，根據(jù)試驗(yàn)者選擇的試驗(yàn)類型、輸入控制參數(shù)產(chǎn)生控制信號(hào)序列 值，參數(shù)輸入對(duì)話框如圖2 5 所示為“不規(guī)則波荷載參數(shù)輸入對(duì)話框”，并將其形 成磁盤文件，試驗(yàn)前，再將該文件中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存。本軟件還留有自定義信號(hào)的 1 6 人連理_ 上人學(xué)碩上學(xué)位論文 接口，試驗(yàn)的設(shè)計(jì)者可以根據(jù)具體的試驗(yàn)需要，自己定義一個(gè)控制信號(hào)序列值，如 實(shí)際的海浪荷載或地震荷載。 圖2 5 不規(guī)則波荷載參數(shù)輸入對(duì)話框 f i g 2 5t h ed i a l o gw i n d o wf o r t h el o a dp a r a m e t e ro fa n o m a l o u sw a v e 2 - 2 采集模塊功能及實(shí)現(xiàn) 2 2 1 采集模塊的功能 為了獲得準(zhǔn)確直觀的試驗(yàn)結(jié)果，必須要求試驗(yàn)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并科 學(xué)地對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的三軸試驗(yàn)采用光線示波器或xy 函數(shù)儀記錄十樣的動(dòng) 應(yīng)力、動(dòng)應(yīng)變和動(dòng)孔隙水壓力等過(guò)程曲線，靠手工量測(cè)整理數(shù)據(jù)，消耗工程技術(shù)人員大 量的精力和時(shí)問(wèn)，且試驗(yàn)結(jié)果的精度還往往達(dá)不到要求。近年來(lái)隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的 成熟和應(yīng)用，工程技術(shù)人員開始在十三軸扭剪試驗(yàn)機(jī)上嘗試應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)協(xié)助完成實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集處理工作，并取得了很大的進(jìn)展，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)的自動(dòng)化程度。 本試驗(yàn)機(jī)配備的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)主要有硬件和軟件兩個(gè)部分構(gòu)成。硬件部 分為了提高系統(tǒng)的試驗(yàn)精度和穩(wěn)定性，選用了臺(tái)灣研華公司的p i v l 8 g 工控機(jī)，配備了 p c 7 4 3 1 高精度a d 接口板，采集軸向荷載、扭矩、孔壓、位移等1 2 種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信 1 7 軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)控技術(shù)研究 號(hào)，該k 采蹦三總線光電隔離技術(shù)，使被測(cè)量信號(hào)與計(jì)算機(jī)之問(wèn)完全隔離，增強(qiáng)了抗干 擾能力。轉(zhuǎn)換分辨率為1 6 位，輸入電壓范圍為5 v ，轉(zhuǎn)換速度小于l o u s 。應(yīng)用軟件是 采用w i n d o w s 9 8 平臺(tái)上的v i s u a lc + + 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)的，加快了運(yùn)算速度，方便用戶使 用。本軟件是實(shí)時(shí)的多任務(wù)系統(tǒng)，根據(jù)不同試驗(yàn)的不同要求完成數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、 繪制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)曲線，并將采集數(shù)據(jù)快速存盤，進(jìn)一步提高了試驗(yàn)精度和速度，節(jié)省 了人力物力。 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)如圖2 6 左側(cè)的對(duì)話框所示，共1 2 路信號(hào)同時(shí)監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)者可以 根據(jù)這些數(shù)值了解試驗(yàn)情況，圖中還有三條曲線，為試驗(yàn)者在試驗(yàn)前任選的三路繪圖顯 示通道的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖形。 圖2 6 系統(tǒng)三通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示 f i g 2 6d i a g r a mo ft h ed a t ao ft h r e ec h a n n e l sd i s p l a y 2 2 2 采集模塊中應(yīng)用的計(jì)算機(jī)技術(shù) 1 多線程技術(shù) 試驗(yàn)機(jī)控制軟件采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)在加載控制的同時(shí)進(jìn)行采樣操作，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng) 運(yùn)行的并行性。線程是w i n d o w s 操作系統(tǒng)中參與競(jìng)爭(zhēng)c p u 的基本調(diào)度單位，即操作系統(tǒng) 1 8 人連理上人學(xué)碩上學(xué)位論文 分配處理器時(shí)間的最基本單元。m f c 支持兩種線程類型：用戶接口線程和工作線程。本 系統(tǒng)使用的足工作線程，主線程使用全局變量與工作線程通信由于主線程總是有一個(gè) 消息循環(huán)， 工作線程使用w i n d o w s 消息與主線程通信。 事件是w i n d o w s 為線程提供的核心對(duì)象，用進(jìn)程里唯一的3 2 位句柄標(biāo)識(shí)，句柄 可以被復(fù)制以便在進(jìn)程之間共享，事件有兩種狀態(tài)：有信號(hào)與無(wú)信號(hào)。事件對(duì)象有 兩種類型：手工設(shè)置與自動(dòng)設(shè)置。主線程通過(guò)設(shè)置事件對(duì)象狀態(tài)給工作線程發(fā)信 號(hào)，使它啟動(dòng)或停止。m f c 提供c e v e n t 類，默認(rèn)情況下。其構(gòu)造函數(shù)會(huì)建立一個(gè)自 動(dòng)設(shè)置的事件對(duì)象，并處于無(wú)信號(hào)狀態(tài)，調(diào)用c o v e n t ：s o t g v o n t0 ，設(shè)置事件為有 信號(hào)狀態(tài)。w i n 3 2 等待函數(shù)w a i t f o r s l n g l e o b j o c t0 可以掛起線程，直到指定的對(duì) 象變成有信號(hào)狀態(tài)。 本系統(tǒng)軟件需要一個(gè)加載事件，一個(gè)采集事件，下面代碼建立了事件對(duì)象： c e v e n tg _ d a s t a r t ( f a l s e ，t r u e ) ： c e v e n tg _ a o s t a r t ( f a l s e ，t r u e ) ： 在主線程中通過(guò)設(shè)置事件對(duì)象的狀態(tài)與工作線程通信。 g _ m a k e w a v e s t a r t s m e w n t 0 ； 開始加載 g _ m a k e w a w s t a r t r c s c t e v e n l o ；停止加載 ga d s t a r t s e t e v e n t o ； 開始采集 g _ a d s t a r t r e s e t e v e n t o ； 停止采集 工作線程中關(guān)鍵代碼： ：w a i t f o r s i n g l e o b j e c t ( g _ m a k e w a v e s t a r t ，i n f i n i t e ) ； 等待至加載事件對(duì)象為信號(hào)態(tài) w h i l e ( t r u e ) i f ( s t o 田a g = = 1 ) ，主線程與工作線程通信用全局變量s t o p f i a g 通信 i s t o p f l a g - - - o ；b r e a k ； p 主線程與工作線程通信用事件通信， i f ( ：w a i t f o r s i n g l e o b j e c t ( g _ m a k e w a v e s t a r t ，0 ) = = w a i t _ m e o u t ) b r e a k ； t i m e r b e g i n o ； f 詩(shī)貳拜始 加載驅(qū)動(dòng)操作 i f ( ：w a i t f o r s i n g l e o b j e c t ( g _ a d s t a r t , o ) = = w a i to m e c t _ 0 ) ，采集開始 i + + ：采集點(diǎn)數(shù)累加 一1 9 軸一扭轉(zhuǎn)剪切儀微機(jī)測(cè)摔技術(shù)研究 i f ( i = 1 0 0 0 ) ：p o s t m e s s a g e ( ( h w n d ) p p a r a m ，w m _ t h r e a d f i n i s h e d ，0 ，o ) ； i ：f l 線椏j 土線瓢啦佑 d o p a s s t i m e = t i m e r e n d 0 ；、w h i l e ( p a s s t i m e 1 0 0 0 2 0 ) ； “延鼴2 0 m s 自定義函數(shù)在主線程中實(shí)現(xiàn) l r e s u l t c w a v e m a k e v i e w ：o n t h r e a d f i n i s h e d ( w p a r a mw p a r a m ，l p a r a m l p a r a m ) 保存等其他操作 r e t u r n0 ： 2 實(shí)時(shí)過(guò)程線平滑移動(dòng)顯示技術(shù) 在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)者可任選3 個(gè)通道的信號(hào)，在計(jì)算機(jī)屏幕上進(jìn)行動(dòng)態(tài)繪圖顯 示，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化過(guò)程，為使繪制的曲線連續(xù)平滑的在屏幕上移動(dòng)，無(wú)閃 爍、無(wú)抖動(dòng)，具有較好的視覺效果，我們采用了在內(nèi)存設(shè)備環(huán)境中繪制位圖，然后，再 將其反復(fù)快速地在屏幕上進(jìn)行顯示的方法。 為了能夠?qū)?nèi)存設(shè)備環(huán)境準(zhǔn)備好，以便能夠在其中進(jìn)行繪圖，需順序完成以下三個(gè) 步驟： 將位圖選進(jìn)內(nèi)存設(shè)備環(huán)境中。 將無(wú)效矩形區(qū)域由顯示設(shè)備環(huán)境轉(zhuǎn)換到內(nèi)存設(shè)備環(huán)境。 將位圖初始化為當(dāng)前窗1 2 1 的背景色。利用c d c ：p a t b l t 函數(shù)對(duì)指定的矩形區(qū)域 進(jìn)行填充，此時(shí)的圖案即為當(dāng)前窗口背景所使用的刷子的圖案，該刷子已預(yù)先創(chuàng)建好， 并將其選進(jìn)了內(nèi)存設(shè)備環(huán)境中。 當(dāng)內(nèi)存設(shè)備環(huán)境準(zhǔn)備好后，o n p a i t 函數(shù)就以內(nèi)存設(shè)備環(huán)境為參數(shù)來(lái)調(diào)用o n o r a w 函 數(shù)了。然后利用c d c ：b i t b l t 函數(shù)將更新了的矩形區(qū)域從內(nèi)存設(shè)備環(huán)境中復(fù)制到顯示設(shè) 備環(huán)境中完成平滑顯示功能。 一2 0 一 人連理j 二人學(xué)碩上學(xué)位論文 2 _ 3 控制模塊功能及實(shí)現(xiàn) 2 3 1 傳統(tǒng)的模擬p i d 控制的原理及其性能特點(diǎn) 在模擬控制系統(tǒng)中，控制器最常用的控制規(guī)律是p i d 控制，傳統(tǒng)的模擬p i d 控制是 當(dāng)前工業(yè)控制領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用的控制方法，其算法是經(jīng)典的p i d 控制算法。算法數(shù)學(xué)表 達(dá)式如下： 呻m + 寺出+ 乃警m 。 協(xié)- ， 其中：u ( t ) 是控制系統(tǒng)發(fā)出的控制信號(hào) e ( t ) 是系統(tǒng)誤差胃 k 是控制系統(tǒng)的比例放大系數(shù) 礦 魯是控制系統(tǒng)的積分系數(shù) f 砌j 是控制系統(tǒng)的微分系數(shù) “。是控制系統(tǒng)誤差為零時(shí)的工作點(diǎn)信號(hào) 其應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2 7 所示： ( 曲 圖2 7 模擬p i d 控制系統(tǒng)原理框圖 f i g 2 7t h ep r i n c i p l eo fs i m u l a n tp i dc o n t r o ls y s t e m 由式( 3 - i ) 可知，傳統(tǒng)的p i d 控制算法是一種誤差控制算法，它的所有控制信號(hào) 都是由系統(tǒng)的實(shí)際誤差經(jīng)過(guò)運(yùn)算產(chǎn)生的，所以此算法可以完全不依靠被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模 犁進(jìn)行