電子萬能試驗機的工作原理：伺服電機驅動與閉環(huán)控制技術解析

來源：濟南精測電子科技有限公司 2025年07月23日 14:07

　　電子萬能試驗機通過伺服電機驅動與閉環(huán)控制技術實現(xiàn)高精度力學性能測試，其核心原理可解析為以下兩部分：

　　一、伺服電機驅動：精準加載的動力核心

　　電子萬能試驗機采用伺服電機作為動力源，通過減速箱、同步齒形帶及滾珠絲杠等傳動機構，將電機的旋轉運動轉換為移動橫梁的直線運動。例如，電機每轉一圈，通過傳動比（如總傳動比8.33:1）和絲杠螺距（如5mm/轉）的換算，橫梁移動距離可精確至0.001mm級。伺服電機的優(yōu)勢在于：

　　寬速度范圍：支持0.05-500mm/min的無級調速，滿足拉伸、壓縮、彎曲等不同試驗需求；

　　高扭矩輸出：通過兩級減速（如主動輪21齒→從動輪100齒，減速比4.76:1）提升扭矩，確保大載荷（如300kN）下的穩(wěn)定加載；

　　動態(tài)響應快：電機轉速可隨控制信號實時調整，實現(xiàn)試驗力或位移的快速跟蹤。

　　二、閉環(huán)控制技術：多參數(shù)協(xié)同的高精度保障

　　閉環(huán)控制通過傳感器實時反饋試驗狀態(tài)，形成“設定值-反饋值-調節(jié)輸出”的動態(tài)平衡，核心包括：

　　力閉環(huán)控制：

　　高精度力傳感器（如0.5級精度）實時采集試樣受力信號，與控制器設定的力值比較，調節(jié)電機轉速或扭矩，實現(xiàn)恒力加載或按設定力速率加載。例如，拉伸試驗中，系統(tǒng)可自動補償試樣彈性變形引起的力波動，確保加載精度≤±0.5%FS。

　　位移閉環(huán)控制：

　　電機內置編碼器（如2000線/轉）監(jiān)測橫梁位移，與設定值比較后調整電機運動，實現(xiàn)精準定位或恒位移速率控制。例如，彎曲試驗中，橫梁速度可按程序自動變化，模擬實際工況。

　　應變閉環(huán)控制：

　　引伸計或應變片采集試樣變形信號，換算為應變值后與設定值比較，控制電機運動以實現(xiàn)恒應變率加載。例如，金屬材料屈服點測試中，系統(tǒng)可自動切換至應變控制模式，避免力超調。

　　協(xié)同效應與優(yōu)勢

　　伺服電機驅動與閉環(huán)控制技術的結合，使電子萬能試驗機具備以下特性：

　　高精度：力、位移、應變測量分辨率分別達0.001N、0.001mm、1με，滿足GB/T16491等標準要求；

　　多功能性：支持拉伸、壓縮、彎曲、剪切等試驗，并可擴展高溫爐、高低溫箱等環(huán)境模擬裝置；

　　智能化：通過計算機軟件實現(xiàn)試驗參數(shù)設置、曲線動態(tài)顯示、數(shù)據(jù)自動處理及報告生成，支持批量試驗和遠程操作。

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