一、设备总体概述

二、测控系统（NI cRIO 实时平台）

1. 核心硬件配置

• 主控：NI cRIO 实时控制器（实时 FPGA 架构，高同步性，满足动态正弦加载闭环控制）

• 模拟输出模块 NI 9263

  4 通道模拟电压输出，用于伺服驱动器指令给定，输出连续正弦控制信号，实时调节输出幅值、频率，实现电缸位移 / 力闭环驱动。

• 模拟输入模块 NI 9215

  高分辨率多通道模拟采集，采集力传感器、扭矩传感器、位移传感器模拟信号，同步记录动态交变载荷波形。

• 数字 IO 模块 NI 9375

  双向数字通道，设备安全回路、急停、限位、电磁阀、指示灯、伺服使能信号交互。

• 数字输入模块 NI 9411

  差分数字采集，读取硬件上下限位、安全门、光栅、故障反馈、编码器位置信号，高速响应超限保护。

2. 控制功能

1. 正弦波交变加载

   支持位移模式 / 力模式双闭环正弦输出，独立设置：

• 幅值：力幅值 0~1000N 可调 / 位移幅值按行程自定义

• 频率：0~10Hz 连续可调（根据电缸速度 500mm/s 匹配极限试验频率）

• 偏移量：静态预载叠加正弦交变载荷

• 波形切换：纯正弦、半正弦、三角波、梯形波可选

2. 弯扭复合同步加载

   双电缸同步相位控制，弯曲、扭转波形相位差可设定，模拟实车颠簸转向复合受力工况。

3. 实时同步采集

   FPGA 硬件同步采集，控制输出与数据采集微秒级同步，无相位滞后，精准记录疲劳动态曲线。

4. 多级安全保护

   力超限、位移超限、频率过载、伺服故障、硬件限位、急停自动停机并锁存故障数据。

3. 软件平台

• 参数配置界面：频率、幅值、循环次数、预加载荷、保护阈值

• 实时曲线：力 - 时间、位移 - 时间、力-位移曲线

• 数据存储：循环次数、峰值谷值、实时波形、试验报告自动导出

• 耐久计数：到达设定循环自动停机，记录失效时刻数据

三、执行机构：伺服电动缸单元

1. 额定输出推力：1000N

2. 最大运行速度：500mm/s

3. 驱动形式：伺服电机 + 精密滚珠丝杠，低间隙、高重复定位精度

4. 加载模式切换：

• 位移闭环：给定正弦位移幅值，控制方向盘变形量

• 力闭环：搭配拉压力传感器，恒定交变力正弦加载

5. 配套部件：高精度力传感器、关节万向接头、加载工装，消除侧向附加弯矩

四、机械结构方案

1. 基础底板

   加厚钢板整体铣削底板，加工标准 T 型槽，方便工装快速定位、夹具前后左右调节，配重加强，抑制高速正弦加载振动。

2. 主机框架

   重型工业铝型材模块化搭建，强度高、拆装灵活，方便拓展双电缸（弯曲 + 扭转双工位）；型材内部可布线，外观整洁，减重同时保证动态刚度，高频疲劳试验无共振变形。

3. 工装夹具

   方向盘专用定位工装，适配不同规格方向盘花键、安装底座，快速换型；角度调节支座，可调整加载施力点高度与力臂，满足不同标准弯曲 / 扭转试验要求。

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