(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111146445.7 (22)申请日 2021.09.28 (71)申请人 天津大学 地址 300350 天津市津南区海河教育园雅 观路135号天津大 学北洋园校区 (72)发明人 陈永亮　索树灿　魏云篷　 (74)专利代理 机构 天津市北洋 有限责任专利代 理事务所 12 201 代理人 王蒙蒙 (51)Int.Cl. G01N 3/32(2006.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06K 9/62(2022.01) G06N 20/10(2019.01)G06F 113/14(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种管道共振弯曲疲劳试验机控制系统及 其试验方法 (57)摘要 本发明公开了一种管道共振弯曲疲劳试验 机控制系统及其试验方法， 包括激振系统、 减震 系统、 数据采集仪、 数据采集计算机、 PLC及控制 IO设备、 计算仿真计算机和系统控制计算机， 数 据采集仪将采集的数据通过数据采集计算机传 输给系统控制计算机和计算仿真计算机， 计算仿 真计算机将采集的数据与计算仿真结果和ROM预 测结果进行对比， 当采集的数据与计算仿真结果 之间的误差发生突变时， 或采集的数据与计算仿 真结果之间的误差没有发生突变、 但采集的数据 与ROM预测结果之间的误差大于设定误差值时， 均表明试验机异常， 同时， 系统控制计算机根据 采集的数据管道压力试验状态， 当管道压力发生 突变时表明试验机异常。 本发明可以精确的监测 控制试验 进程。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 113916698 A 2022.01.11 CN 113916698 A 1.一种管道共 振弯曲疲劳试验机控制系统， 其特 征在于， 包括： 激振系统(14)， 用于施加外 部激励以带动管道配重及管道试样(7)振动； 减震系统(15)， 所述减震系统(15)设置在管道试样(7)的支点 位置， 用于减震； 数据采集仪(16)， 用于采集管道应力、 管道位移以及管道压力数据； 数据采集计算机(12)， 用于对试验数据进行采集并保存； PLC及控制IO 设备(13)， 用于控制所述激振系统(14)的电机(1)的转速和启停； 以及 计算仿真计算机(10)和系统控制计算机(11)， 所述计算仿真计算机(10)用于计算试验 配置参， 并得到管道应力和管道 位移的计算仿 真结果和ROM预测结果， 分别根据计算仿 真结 果和ROM预测结果对所述系统控制计算机(11)下达控制指令； 所述系统控制计算机(11)用 于判断管道压力 试验状态并根据判断结果对所述PLC及控制IO设备(13)下达控制指令， 同 时， 将所述计算仿真计算机(10)下达的控制指令传递给 所述PLC及控制IO 设备(13)； 其中， 所述数据采集仪(16)将采集的数据传输给所述数据采集计算机(12)， 所述数据 采集计算机(12)再将采集的数据传输给所述系统控制计算机(11)和所述计算仿真计算机 (10)， 所述计算仿真计算机(10)将采集的数据与计算仿 真结果和ROM预测结果进 行对比， 当 采集的数据与计算仿真结果之 间的误差发生突变时， 或采集的数据与计算仿真结果之 间的 误差没有发生突变、 但采集的数据与ROM预测结果之间的误差大于 设定误差值时， 均 表明试 验机异常， 此时， 所述计算仿 真计算机(10)对 所述系统控制计算机(11)发送控制指 令， 所述 系统控制计算机(11)将所述计算仿 真计算机(10)的控制指 令传递给所述PLC及控制IO设备 (13)以控制所述激振系统(14)的电机(1)， 同时， 所述系统控制计算机(11)根据采集的数据 管道压力试验状态， 当管道压力发生突变时表明试验机异常， 此时， 所述系统控制计算机 (11)对所述PLC及控制IO 设备(13)下达控制指令以控制所述激振系统(14)的电机(1)。 2.根据权利要求1所述的管道共振弯曲疲劳试验机控制系统， 其特征在于， 所述的试验 配置参数包括管道固有频率、 电机(1)激振频率、 支点 位置和偏心块夹角。 3.根据权利要求1所述的管道共振弯曲疲劳试验机控制系统， 其特征在于， 所述激振系 统(14)包括电机(1)和激振器(3)。 4.一种基于上述权利要求1至3任一项所述的控制系统的试验方法， 其特征在于， 包括 以下步骤： 步骤1， 建立机理模型及有限元模型， 其中， 所述机理模型计算得到作为所述有限元模 型输入参数 的有限元边界条件配置参数， 同时计算得到试验配置参数， 并对试验结果中的 管道应力和管道位移进行预测得到机理模型预测结果； 所述有限元模型计算得到试验配置 参数数值， 并对试验结果中的管道应力和管道位移进行 预测得到有限元模型 预测结果； 步骤2， 对步骤1中得到的数据以及以往试验数据进行统计及分类， 并将数据采集仪 (16)采集的管道应力数据和管道位移数据分别与步骤1得到的机理模 型预测结果和有限元 模型预测结果进 行对比以监控试验状态， 若采集的数据与机理模型预测结果之 间的误差发 生突变、 或采集的数据与有限元模型预测结果之间的误差发生突变时， 停止试验， 检查试验 机； 若采集的数据与机理模型预测结果之 间的误差以及 采集的数据与有限元模型预测结果 之间的误差不发生 突变， 进入步骤3； 步骤3， 根据以往试验数据和步骤1得到的机理模型预测结果和有限元模型预测结果进 行SVM机器学习分类预测， 建立ROM模型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113916698 A 2步骤4， 根据 步骤3建立的ROM模型实时计算管道应力和管道位移， 得到ROM预测结果， 并 将数据采集仪(16)采集的管道应力数据和管道位移数据与ROM预测结果进 行对比以监控 试 验状态， 若采集的数据与 ROM预测结果之间的误差大于设定误差值时， 停止试验， 调整偏心 块夹角和管道激振频率后再次运行 试验机。 5.根据权利要求4所述的试验方法， 其特征在于， 步骤2中， 所述机理模型的输入参数包 括理论优化参数、 所述有限元模型 的输入参数包括仿真优化参数， 通过对理论优化参数和 仿真优化 参数进行优化， 优化机理模型和有限元模型。 6.根据权利要求4所述的试验方法， 其特征在于， 步骤2中， 所述的步骤1中得到的数据 包括机理模型计算得到的试验配置参数、 机理模型预测结果、 有限元模型计算得到的试验 配置参数、 有限元模 型预测结果， 其中， 将机理模 型计算得到的试验配置参数和有限元模型 计算得到的试验配置参数分类为试验输入参数， 将机理模型预测结果和有限元模型预测结 果分类为试验输出参数。 7.根据权利要求4所述的试验方法， 其特征在于， 步骤2和步骤3中， 所述的以往试验数 据为机理模型计算得到的试验配置参数、 机理模型预测结果、 有限元模型计算得到的试验 配置参数和有限元模型预测结果， 其中， 步骤2中， 将以往试验数据中的机理模型计算得到 的试验配置参数和有限元模型计算得到的试验配置参数分类为试验输入参数， 将以往试验 数据中的机理模型 预测结果和有限元模型 预测结果分类为试验输出参数。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113916698 A 3