一、引言
隨著瀝青混合料設(shè)計(jì)方法的發(fā)展，先后產(chǎn)生了多種不同的混合料成型方法和設(shè)備，這些設(shè)備通過(guò)擊實(shí)、振動(dòng)、揉搓等不同方式成型瀝青混合料。不論采用哪種成型方法，其目的都是為了得到滿(mǎn)足一定體積指標(biāo)和力學(xué)性能的瀝青混合料試件。
旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀是在固定壓力、固定壓實(shí)角和固定轉(zhuǎn)速下通過(guò)揉搓作用成型瀝青混合料的設(shè)備，它產(chǎn)生的瀝青混合料試件能較好地符合實(shí)際工程中瀝青混合料的成型方式，能較好地預(yù)測(cè)路面的長(zhǎng)期性能。而如何準(zhǔn)確控制施加在試樣上的壓力大小，并在試件產(chǎn)生塑性變形后能實(shí)時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償，維持恒定的壓力，是旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀壓力加載控制系統(tǒng)關(guān)鍵所在。
二、控制原理及工藝流程
本系統(tǒng)采用MPC08運(yùn)動(dòng)控制卡，通過(guò)控制松下A4系列伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)美國(guó)Exlar電動(dòng)缸的方式進(jìn)行壓力加載控制。
MPC08運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC機(jī)PCI總線的步進(jìn)電機(jī)或數(shù)字式伺服電機(jī)的上位控制單元，它與PC機(jī)構(gòu)成主從式控制結(jié)構(gòu)：PC機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)交互界面的管理和控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的工作（例如鍵盤(pán)和鼠標(biāo)的管理、系統(tǒng)狀態(tài)的顯示、控制指令的發(fā)送、外部信號(hào)的監(jiān)控等等）；MPC08運(yùn)動(dòng)控制卡完成運(yùn)動(dòng)控制的所有細(xì)節(jié)（包括脈沖和方向信號(hào)的輸出、自動(dòng)升降速的處理、原點(diǎn)和限位等信號(hào)的檢測(cè)等等）。
1,控制原理框圖
2,工藝流程：
(1) 操作者設(shè)定系統(tǒng)所需的工作壓力；
(2) 系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的壓力值計(jì)算出電動(dòng)缸需要移動(dòng)的位移；
(3) MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送指令脈沖控制伺服系統(tǒng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
(4) 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)；
(5) 電動(dòng)缸擠壓工件產(chǎn)生形變，使工件被擠壓端產(chǎn)生壓力，壓力值通過(guò)壓力傳感器，再經(jīng)過(guò)A/D采集卡最終反饋至MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡；
(6) 當(dāng)壓力值達(dá)到所設(shè)定值時(shí)，MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡停止發(fā)送脈沖；
(7) 試件在壓力的作用產(chǎn)塑性變形，
(8) 系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)當(dāng)前反饋的壓力值和設(shè)定的壓力值進(jìn)行比較，做出快速補(bǔ)償調(diào)節(jié)，在試件上維持恒定的壓力。
三、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：
1，控制系統(tǒng)的編程原理
根據(jù)以上的工作過(guò)程，我們就可以確定我們的編程思路：
首先大致確定MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡所發(fā)的脈沖數(shù)與工件產(chǎn)生壓力變化之間的關(guān)系；
對(duì)電動(dòng)缸的位置控制采用比較成熟的經(jīng)典的比例、積分、微分（PID）控制。PID控制具有原理簡(jiǎn)單、使用方便、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。我們這里采用的是增量式PID控制算法。增量式PID控制有很多優(yōu)點(diǎn)：
1） 由于計(jì)算機(jī)輸出增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可采用邏輯判斷的方法去掉；
2） 算式中不需要累加，控制增量的確定，僅與最近k次的采樣值有關(guān)，所以較容易通過(guò)加權(quán)處理而獲得比較好的控制效果。
PID控制器是一種線性調(diào)節(jié)器，它把設(shè)定值（需要達(dá)到的壓力值）與實(shí)際反饋值（壓力傳感器經(jīng)A/D采集卡處理后反饋給系統(tǒng)的壓力值）相減，再通過(guò)脈沖數(shù)與壓力的關(guān)系換算出控制偏差 ， 的比例系數(shù)（P）、積分系數(shù)（I）和微分系數(shù)（D）通過(guò)線性組合構(gòu)成控制變量 （MPC08SP運(yùn)動(dòng)控制卡所需補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)）。
標(biāo)準(zhǔn)的控制變量 直接計(jì)算公式為：
上一次的計(jì)算結(jié)果為：
兩式相減，就得到控制變量的增量計(jì)算公式為：
式中，T為采樣周期，K為比例系數(shù)。加大比例系數(shù)K可以加快調(diào)節(jié)，減小穩(wěn)態(tài)誤差，但當(dāng)K過(guò)大時(shí)，會(huì)使動(dòng)態(tài)質(zhì)量變差，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定；
TI為積分常數(shù)，TI越大積分作用越弱。積分環(huán)節(jié)的加入，能消除靜態(tài)誤差，使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定；
TD為微分系數(shù)，微分控制的作用可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，提高控制精度，但TD偏大或偏小時(shí)，都會(huì)使超調(diào)量增大，調(diào)節(jié)時(shí)間加長(zhǎng)。
由于該系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了K、TI、TD這三個(gè)控制參數(shù)，就可以確定控制變量。
四、EXLAR電動(dòng)缸的性能優(yōu)勢(shì)
采用了美國(guó)Exlar公司專(zhuān)利技術(shù)——反向行星輥柱絲杠（Roller Ball Screw）的伺服電動(dòng)缸，是傳統(tǒng)液壓或氣動(dòng)作動(dòng)器以及傳統(tǒng)滾珠絲杠電動(dòng)缸的升級(jí)替代產(chǎn)品。
與氣動(dòng)、液壓系統(tǒng)相比，Exlar電動(dòng)缸具有以下優(yōu)點(diǎn)：
可構(gòu)成閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)，進(jìn)行精確的位置、速度控制；
更容易編程控制，更易集成到自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)各種復(fù)雜的電磁閥、油路系統(tǒng)、油源、氣源、閥門(mén)，體積也更緊湊。
解決了氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的噪音和液壓機(jī)構(gòu)油液泄漏的問(wèn)題，對(duì)環(huán)境污染更小。
與傳統(tǒng)的滾珠絲杠（Ball Screw）機(jī)構(gòu)相比，Exlar電動(dòng)缸具有以下特點(diǎn)：
1，傳動(dòng)部件之間的接觸面積更大，承載能力更強(qiáng)，剛性更高。
2，速度更快：行星輥柱絲杠轉(zhuǎn)速可達(dá)6000rpm。
3，壽命更長(zhǎng)：是滾珠絲杠的15倍，
五、總結(jié)
本控制系統(tǒng)具有較大的靈活性，不僅可以廣泛應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)壓實(shí)儀中，也可以簡(jiǎn)單修改控制程序，應(yīng)用于其他需要進(jìn)行精確壓力加載的控制設(shè)備。
