登机门加载测试系统设计与制作

【前言】登机门加载测试系统设计与制作由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。（1）研制自动控制的加载测试系统，具有100万次的循环加载能力。 （2）工作环境： 常温常压。 （3）加载载荷：500-3500牛顿加载曲线变化过程，加载控制曲线能够根据载荷需求进行调整，包括初始速度、下踏加力速度、接触加载点的减速度以及最后的下压加载保持力。各个...

摘 要：单台非标自动化试验设备，是特殊行业为验证产品参数测试而具体化的一种设备，用途具体，条件苛刻，但对自动化行业的实际经验应用却非常广泛。覆盖到软件、硬件、测量技术、采样技术、机械结构、动作执行以及软件算法模型、控制理论等。文章针对一款具体要求的实现过程做了简单回顾与总结。

关键词：载荷试验；仿生模糊控制；电磁推杆；机电一体化

1 任务简介

按照《MA-XXX型飞机登机门乘客载荷试验任务书》的要求，需进行登机门乘客载荷寿命试验，通过模拟乘客登机的循环载荷状态，验证飞机登机门在96万次登机循环中是否满足使用要求而不发生损坏。为完成该试验，提出研制《MA-XXX型飞机登机门乘客载荷试验加载系统》，测试收集实际参数资料，为未来设计提取依据。试验次数达到近百万次，人工操作比较困难，要求使用自动智能系统完成。

2 主要要求

（1）研制自动控制的加载测试系统，具有100万次的循环加载能力。

（2）工作环境： 常温常压。

（3）加载载荷：500-3500牛顿加载曲线变化过程，加载控制曲线能够根据载荷需求进行调整，包括初始速度、下踏加力速度、接触加载点的减速度以及最后的下压加载保持力。各个阶段参数能够界面调整。

（4）采用智能控制及自动加载，试验进行中不必人工干预，能够根据预先设定的加载曲线，控制加力机构向试验件施加载荷，具有显示、调整、设置、查询等功能，配置压力传感器实时采集记录载荷值和加载次数。配置位移传感器，实时监控试验件的形变状态，当试验件出现变形异常时，能够自动停止试验，提示操作人员，记录当时的参数。

3 设计方案

（1）加载受力过程曲线描绘及设计总体思路：实现一台自动控制的受力动作机构，能够按照图示要求的“时间__加力”过程，完成任务产品疲劳试验次数的测试。加载受力过程曲线示意如图1：

试验中次数96万次，每天单班8小时，一个试验周期4秒，每天大约可做7200次，全部试验大约需要133天。大强度长时间的试验数据采集，促使我们设计选用高可靠性智能系统为首选。根据以往经验，控制系统选择工业嵌入式配置。集成有MCU控制器，A/D转换，掉电存储器，实时时钟，液晶显示器，人机交互等。受力执行器采用电磁结构，对于动作次数为百万次的机械结构，使用普通往返运动构件将很难保证试验的完整进行。经过考虑，选用电磁力电动推杆，优点是没有强烈的机械动作冲击，加受力量根据需要可控，动作过程的推力可根据要求由控制器调整。同时在试验过程中，可更改加力参数和加力动作曲线，达到快速调整试验参数的目的。

控制器具有显示、调整、设置、查询等功能。并配有压力传感器，可随时记录加力大小，当出现被测试对象发生异常裂变时，提示并记录当时参数，减少人员的参与，使得测试试验更具科学性。试验所产生的数据将存储在控制器内，可以调出提供查询。

（2）仿生模糊加载方案：由于要实现人体登机过程的踩踏加载过程，对控制系统和加载执行机构加力过程的参数要求比较苛刻，不能采用普通的直接通断式加载方式。关键试验特征必须抓住，比如：当加载进行初期，舱门变形系数比较硬，而当试验次数的增加，舱门弹性系数（刚性）将随着变化减弱，那么究竟变化到多少，事前根本无法预测。那么根据试验要求，就得有模糊分析判断功能，能够在试验中采取分析参数变化系数，再进行自动补偿的方法。再就是仿照人体下踏动作的力加载。人体下踏加力动作是一个比较动态的非线性加力过程，加速度特性在变化，要求控制系统具有实时性和跟随性，既不能延时太慢，又不能有过大的超调，必须尽可能的仿真下踏加力曲线。

为了能够更好地完成课题要求的控制过程。我们设计上采取了全闭环多重采样与自动参数跟随系统。这主要依靠软件算法上实现。建立控制算法模型，完成仿生加力过程。在加力结构上采用过渡弹簧软连接缓冲。弹簧设计采用系数为20mm/T。现场可根据需要选取合适弹性系数配置。

（3）电气控制部分：

a.使用嵌入式微型MCU+CPLD为主控单元，配接扩展4G FLAS

H用于存储试验阶段的各种采样参数。在后续需要时，可以调出试验数据供使用。

b.人机交互界面采用8寸彩色LCD触摸屏，完成显示和各种控制按键交互。具有各种超限报警提示功能，具有试验数据实时曲线描绘功能。

c.采用12位8路MCU内带高速A/D转换器，完成加载力、行程、超限、等试验数据的模拟量调理、转换、采集功能。总体模拟量精度等级设计标准为0.2级，使用标准为1级。

d.外部I/O信号全光隔离，使得系统抗干扰能力满足工业现场电磁兼容性要求。

e.软件采用Keil-C语言编制，采用模块化结构，便于调试修改和未来扩展。算法模型是实现仿生加载试验的关键，总体思路是记忆分析上次加载曲线的实际时间――速度过程，与要求的曲线进行分析比较，计算出给定与实际结果差量值，在下次加载过程中自动调整逼近。实现自动跟随调整，逐次逼近，在实际应用中收到很好的效果。

f.控制器留有开关量输入_输出接口，提供给扩展功能使用。便于在后续功能调整中，直接扩展功能。在正常的试验中，LCD显示器显示瞬态压力、阶段次数、形变尺寸、刚性系数等参数和加压动态曲线图，描绘本次加压后被测试物件和最初设定的距离之间的相对变形提示，这个参数对于及时提醒技术人员查看试验数据非常有用。通过对试验开始到当前的变形距离曲线观察分析。

（4）加载力执行部分：执行器采用电磁结构，使用电磁力电动推杆，由控制器输出PWM调制功率放大后驱动电磁推杆。最大推力5000N，最大带载速度25mm/S，最大行程50mm。电磁推杆是一种新兴的机电一体化作动装置，具有结构简单、使用方便、价格便宜、维护方便、体积轻巧的优点。在这样的场合，是我们第一次尝试性应用。根据参数推算和实际应用，效果很好。无故障运行达到22万次。

（5）试验台采用龙门架结构，使用高强度变形系数小的材料，在龙门架与试验件之间，依次安装电动推杆、压力传感器、受力缓冲元件、极限开关、线性位移传感器等。

4 结束语

这是一次很成功的试验台设计制作过程。为使用方解决了试验困难，得到了非常宝贵的一手试验参数资料。并且为使用方在类似结构产品寿命试验中提供了很好的借鉴经验。

参考文献

[1]MA-XXX飞机门试验任务书[Z].

[2]CPLD系统设计技术入门与应用[M].电子工业出版社.

[3]C8051F020/1/2/3混合信号ISP FLASH微控制器[M].潘琢金译.数据手册.