综合比较现有气弹簧疲劳试验机，对电液（气）伺服式 、机械式加载方案进行比较分析，本次研发中采用了伺服驱动搭载伺服电动缸的力加载方式进行动力输出。电动缸是将伺服电机与丝杠一体化的模块化产品，通过内置的丝杠将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，容易与PLC等控制系统连接，实现高精度运动控制。

本设备的重点在于如何创造不同的环境温度，以实现疲劳循环试验。本试验机自主研发了温度加载系统：使用瓷片式加热器进行高温加载，使用两级复叠式压缩制冷机以进行低温加载。高低温箱内通过使用循环风机将升温或降温后的空气从入风口送入高低温箱内，整个过程通过实时调整送风速率及风向控制高低温箱内的温度波动度。高低温箱采用硬质聚氨酯发泡和*混合方式以实现温度场的稳定控制。高低温环境的控制采用继电器、接触器、定时器等对压缩机、循环风机、瓷片式加热器等部件进行延时及通断控制，最终实现高低温箱内环境温度的控制。控制中使用闭环 PID 控制方式进行控制。电气控制系统与下位机 PLC 相连接组成控制系统。

试验机采用伺服电动缸作为动力执行机构，经计算选型后选择与之相匹配的伺服电机和伺服单元作为动力源控制动力输出。试验机设计中，动力系统为垂直方向安装，设计中选用相匹配的保持制动器以解决加载部分在重力作用下的定位不准，以及自行脱离的问题。试验机的开发中，采用位置控制方式通过脉冲序列位置指令来控制电动缸的位置。输入信号脉冲指令采用符号加脉冲序列方式。试验机开发过程中选用的伺服单元提供了 “电子齿数”功能 ，通过计算分析后，将电子齿数比设定为1048567/500。试验机开发过程中，使用浪涌抑制器以及将主回路电缆与输入输出信号分开布置的方式来减少噪声的干扰。

试验机的开发中，采用西门子 S7-200 小型可编程逻辑控制器 PLC 作为下位机控制单元。采用 LAD 器方式进行程序编写。经过对系统功能进行分析，得出控制部分所需实现功能及解决方案。疲劳试验机控制程序主要可分为伺服单元电源控制和疲劳试验过程控制两部分。其中疲劳试验过程控制又可分为通信功能模块、高速计数器功能模块、运动控制功能模块、计数中断模块、发送完成模块、接收完成模块等部分。试验机 PLC 控制流程图如图1所示。

试验机开发中采用 ACCESS 数据库与 Lab-view 混合编程方式实现操作系统编写。经过系统分析，将试验机操作系统所需实现的功能分为基本信息管理模块、试验人员管理模块、数据采集处理模块、通信参数设置模块、环境温度控制模块、手动加载模块以及自动疲劳试验模块。上位机与下位机采用 RS485 串口通信方式采集试验数据及传输控制指令。操作系统中通过 ACCESS 数据库软件建立数据表格，用于分别存储试验人员信息、试验样品信息以及试验数据。^[1]