第一章测量控制系统概述
本测量控制系统是专门为土动三轴试验机设计的高精度控制系统，采用先进的高精度AD转换器和电子电路控制技术，配备专业放大电路和陷波电路，有效去除50Hz工频干扰，确保在复杂电磁环境下仍能精确采集数据。
系统可模拟多种地震波形状态下的动态试验，包括正弦波、三角波、方波、梯形波等，全面反映土体在地震、交通荷载、机器振动等实际工况下的动力响应特性。高速数据采集器支持定时采样轴力、孔压、位移等关键工程参数，采样时间间隔可根据试验需求灵活设定，确保采集数据的有效性和准确性。
系统采用完善的全自动数据处理流程，配备多单片机作为前台机进行实时数据采集，后台机采用高性能系统计算机进行操作控制、数据显示、数据处理和试验报告输出等。系统支持应力、应变全数字闭环控制方式，可根据试验需求灵活选择控制模式，确保试验过程精确可控。
本微机控制动态试验系统在Windows操作系统下运行，采用优化设计的测量控制接口和高速高分辨率AD转换器，具备自动闭环跟踪测量功能。系统精选世界著名品牌集成电路器件，配备高精度测量放大器和先进的梳状滤波技术，确保测量精度和系统的稳定性、可靠性达到行业领先水平。
电气系统和机械系统均配备多重保护及自诊断功能，能定时对测量系统、伺服驱动系统进行巡回自检。当系统检测到异常情况时，将强制保护并报告具体状态，充分保证试验机安全、可靠运行，有效避免因系统故障导致的试验数据失真和设备损坏。
第二章使用环境要求
为确保土动三轴试验仪正常运行和试验数据的准确性，请确保设备使用环境符合以下要求：
1.环境温度：10℃～25℃（推荐18℃～22℃恒温环境）
2.相对湿度：不超过85%（无结露现象）
3.电源要求：220V±10%、50Hz±2%，电压波动范围不超过额定电压的10%
4.环境条件：无振动、无明显电磁干扰的环境中，远离大型电机、变压器等强电磁干扰源
5.防尘要求：周围环境应保持清洁，避免灰尘进入控制系统和精密传感器
6.腐蚀性介质：周围环境应无腐蚀性气体或液体，避免对设备金属部件造成腐蚀
7.计算机工作环境：符合标准计算机工作环境要求，避免阳光直射和强气流直吹
8.接地要求：必须有标准的可靠地线，接地电阻不大于4Ω，确保设备安全运行
请在符合上述环境要求的实验室中安装和使用本设备，避免因环境因素导致测量精度下降或设备故障。
第三章操作说明
一、软件操作界面概述
程序启动后主界面布局合理，各功能区域明确，便于操作人员快速上手。界面主要分为以下几个区域：
标题区：位于最上行，显示程序标题和当前打开的项目（工程）信息
菜单区（从上第二行）：
•文件：新建项目文件；打开/存储配置文件
•设置：输入试验参数、试样参数、其他相关参数
•试验：开始试验操作
•标定：传感器参数标定功能
•工具：附带的计算用小工具集合
•帮助：打开系统帮助文件
快捷键区：位于第三行，提供常用功能快捷操作，可修改传感器量程
数据显示区：位于界面左首，实时显示所有传感器数据，包括疲劳次数、级数、应变等关键参数
图形区：位于屏幕中上位置，显示工程量-时间曲线或应力-应变曲线，直观展示试验过程
控制给定区：位于中间下方，用于设定/调整静态给定值、动态给定参数及加载控制
中间区切换板：提供两页显示切换功能
•一页显示简单操作规程，便于快速参考
•另一页显示/设置不经常使用的参数和信息
二、系统设置流程
按菜单的[设置]按钮，进入试验参数设置菜单，设置菜单共分五屏，依次为：
第一屏：试样参数输入
•提供两种试样尺寸输入方法选择（周长或直径）
•屏幕上有明确输入提示
•注意避免输入错误，确保试样参数准确
第二屏：试验参数设置
•波形选择：设定试验波形（正弦波、三角波、方波、斜波等）
•控制方式：可选择应力控制或应变控制模式
•试验频率：输入目标试验频率值
•平均负荷：设定试验的静态负荷值
•程序块设置：可分级输入各级振幅和周次，实现自动分级加载试验
第三屏：传感器容量设定
•系统出厂时已预设标准参数
•用户通常不需要改动
•仅在更换不同传感器时，由专业设备管理人员输入新参数
第四屏：保护参数输入
•设定安全保护阈值
•参数设置并生效后，当试验过程中工程量超差时，系统将自动停止试验，确保设备和试样安全
第五屏：其他设置
•包含不常用但重要的系统参数
•根据具体试验需求进行调整
三、各功能模块操作详解
1.操作规程
A.加电前检查
1.确认电源电压正常（220V±10%）
2.确认稳压电源输出正常
3.确认油源调压阀已旋回到零位
4.确认安全保护按钮处于未按下状态
B.加电顺序
1.打开稳压电源开关，稳定10秒钟
2.打开控制器电源开关
3.打开计算机和打印机
4.启动试验程序
5.根据需要打开油源（确认调压阀已在零位）
6.进行其他试验相关操作
C.关电顺序
1.对油源卸压，关闭油源电源开关
2.关闭计算机
3.关闭控制柜电源
2.传感器调零
调零按钮位于相应工程量显示窗口的右下侧，按下调零按钮可自动调零。
负荷调零
•按下负荷调零按钮自动调整到零负荷状态
•重要提示：在负荷控制模式下不允许对负荷进行调零，否则可能对试样或设备造成不可预测的危险
•程序已内置自动保护功能，防止误操作
位移（变形）调零
位移测量分为4挡，以适应不同测量范围和精度需求：
•1档：测量范围±50mm，活塞在最上部时为0毫米，活塞运行到最下面时为100mm，此时应将调零拉杆调到最上方
•2档：测量范围±25mm，调节调零拉杆至中间位置，将活塞的中间位置作为系统零点，测量行程为±25mm
•5档：测量范围±10mm，不能测量油缸全部行程，以试验前工作状态的位移作为零点，通过调整调零拉杆使软件零点尽可能接近零
孔压调零
•重要提示：使用调零按钮时，必须确认相应传感器处于不受荷载或压力的自由状态
•注意：孔压调零操作需在传感器未受压条件下进行
3.传感器标定
启动标定流程
1.启动程序后，首先装入原始配置文件LC.CFG
2.从[文件]菜单中选择"打开新的配置文件"，选择当前执行文件目录中的lc.cfg文件
3.程序最上方将显示当前配置文件信息
4.按[标定]键，弹出口令菜单，输入管理员口令后进入标定界面
标定操作
•所有传感器标定方法基本相同
•将事先测量出的标准值和计算机显示值分别输入到相应窗口
•按[标定有效]按钮实现传感器自动标定
•重要警告：[标定有效]键只能单击一次，不能多次或双击
•标定完成后的参数保存在LC.CFG文件中，请将该文件拷贝到安全位置妥善保存
•如出现错误设置，只需将原始标定的lc.cfg文件拷贝回工作目录并重新装入即可恢复正常
各传感器具体标定方法
负荷标定
1.在负荷传感器无压力情况下，将动三轴试验窗口中"负荷"显示框中的数值清零
2.将标准砝码放在连接传感器的轴上
3.检查"负荷"显示框中的显示值与标准砝码值的误差（应不大于1%）
4.如误差超出范围，点击"标定"菜单，输入密码，选择"负荷标定"
5.输入标准值和显示值，点击"标定有效"后再点击"确认"
6.完成负荷标定
孔压标定
提供两种方法：
方法1：
1.关闭孔压传感器与试验轴一端连接的排水阀和通向排水管的阀门
2.打开孔压传感器连接孔压表的阀门，确保孔压表表针指零
3.将动三轴试验窗口中"孔压"显示框中的数值清零
4.给孔压传感器加压，检查孔压表的标准值与"孔压"显示框中的显示值误差（应不大于1%）
方法2：
1.将压力罩旋紧，注水埋没活塞，确保活塞下端顶紧
2.关闭排气阀
3.施加围压，检查围压表的标准值与"孔压"显示框中的显示值误差（应不大于1%）
操作步骤：
1.点击"标定"菜单，输入密码，选择"孔压标定"
2.输入标准值和显示值，点击"标定有效"后再点击"确认"
3.完成孔压标定
位移标定
1.位移传感器的测量范围为±50mm，零点固定不可清零
2.只能以当前显示值为起点进行标定
3.若位移零点方向和变化方向相同，实际位移为两者绝对值之差
4.若位移零点方向和变化方向相反，实际位移为两者绝对值之和
操作步骤：
1.将百分表支在试验轴上（或尽量靠近轴且与轴连接的平面上）
2.读记百分表上的起始读数和动三轴试验窗口中"位移"显示框中的数值
3.稍施加一些轴压，使轴产生微小位移，待稳定后读记百分表和显示框中的数值
4.逐级施加3～4级位移后，分别计算百分表和显示框中数值的级差平均值
5.点击"标定"菜单，输入密码，选择"位移标定"
6.输入标准值和显示值，点击"标定有效"后再点击"确认"
7.完成位移标定
4.控制参数调整
伺服控制中的PID参数调整是确保系统稳定性和响应速度的关键环节：
•比例P：控制误差量的大小
•参数太小：系统不易达到设定的控制载荷
•参数太大：系统容易产生震荡
•一般情况：在控制允许范围内尽可能小一些，量程大时参数可适当增大，量程小时应更小
•积分I：增加系统稳定性
•引入积分可提高系统稳定性
•在负荷开环状态下应使积分无效
•微分D：增加系统响应速度
•可提高系统响应速度
•值太大会引起系统工作不稳定
操作提示：
•PID参数通常在试验过程中通过实际测试确定
•对同一类试样，这些参数基本可设定为相同值
•程序设计中，各种控制方式和量程下的参数分别保存，切换量程或控制方式时，PID参数会自动调整为对应的优化值
5.试验操作流程
开机及试验准备步骤
1.打开稳压电源和控制柜电源
2.开启计算机，进入WINDOWS操作系统
3.在桌面上启动试验程序
4.调节系统压力到适当值
5.将位移调至适当位置，负荷清零，装夹试样
6.试样装好后先加围压，再加轴压至一定压力进行固结
7.施加载荷要平稳、准确、无冲击
建立新文件
1.安装新试样后，建立新文件名
2.在动三轴试验窗口，下拉"工程"菜单，点击"建立新工程"
3.选择存储路径，建立新文件夹，确定新文件名
4.建立新文件名后打开"参数设置"
5.在"原始数据"菜单中填写试样参数：含水量、干密度、泊松比、试样周长和高度等
6.其余参数在设定后一般不需改填
7.点击"确定"，返回动三轴试验窗口
加压与固结
1.孔压清零：施加压力前，将鼠标箭头点在"孔压"显示框旁的红圈上，按左键，在弹出窗口中点击"yes"清零
2.施加压力：关闭上、下排水阀、排气阀，先施加围压，再施加轴压
3.分级加压：大于100kPa的压力应按围压-轴压的次序分级加压
4.固结比控制：当固结比不等于1时，应在等压固结稳定后分级且缓慢地将轴压加上
5.负荷显示："负荷"显示框中显示的是负荷传感器所受的力
6.固结前采样：压力施加完毕并稳定后，孔压值不再增长时，点击"固结前采样"
7.记录数据：保存试样固结前的原始数据（高度、面积、体积），抄记孔压值和原始数据到记录表
8.排水固结：记录排水管读数，打开排水阀门开始固结，保持排水管水位在试样高度中心位置，观察"变形"显示框中的试样变形量
振动试验
1.振前准备
•读记排水管读数，将排水量△H输入微机
•填写围压σ3(kPa)、固结比Kc的数值
•动态参数设定
•在状态菜单中设置采样间隔时间（阻尼模量为2ms；动强度为20ms）
•设置试验结束条件（可选择孔压等于围压时停止，或变形达到试样固结后高度的10%时停止，或两者结合）
2.关机顺序
•卸压→停泵→退出试验程序→关闭电控柜电源→关闭计算机→关闭稳压电源
试验执行
•按[试验]键自动按设定参数进行试验
•注意：程序启动时[试验]按钮无效，需完成正常操作步骤后才激活
•可通过[文件]菜单选择[建立新工程]或[打开已存在工程]
•建立新工程时，建议使用当前日期时间作为文件名，将同一项目数据存放在同一文件夹便于后续处理
•选择试验程序、控制方式、采样存盘时间间隔和静态试验加载速度
•设置完成后按[继续]，系统弹出设置菜单，输入试验参数
•设置确认后，[固结前采样]按钮激活，安装好试样后可按下该按钮进行数据采样
•采样完成后[试验]按钮激活，等待固结完成后开始试验
•打开已存在工程时，系统显示该工程进度（如未固结/已固结未试验/已完成级数等）
•按[试验]开始动态试验，系统按设定存盘间隔自动存储数据
试验结束条件
•人为手动停止试验
•设定试验次数到达自动停止
•设定试验条件达到自动停机（如孔压达到设定值、变形达到试样高度百分比等）
•超过设定保护阈值自动停机
•试验结束后生成的数据文件可供后续处理分析
6.数据分析
数据分析软件按照国家标准要求编制，主要功能包括：
•阻尼比实验数据分析
•动强度的数据分析统计
•实验报告的自动生成
•详细操作说明见实验软件中的帮助文件
7.注意事项
1.根据具体试验条件调整合适的油源压力，以提高控制精度
2.装夹试样前应对负荷进行清零操作
3.大于100kPa的压力应按照围压-轴压的次序分级加压，避免试样损坏
4.在控制参数调整过程中，增益的调节至关重要，需谨慎操作
5.应定期对控制器开机维护，每星期至少开机3次，每次不少于2小时
6.保持实验室环境清洁，避免灰尘和污染物影响设备精度
8.试验举例
完整试验流程示例：
1.安装试样
•选择合适压头，使作动器在位移控制方式下下移
•在透水板上垫好乳胶膜，将装好乳胶膜的试样安放在下压头上
•将下翻乳胶膜扎紧于下压头上，注意防止漏气
•对轴向负荷清零
•转到负荷控制方式，提升作动器使试样上透水板与上压头接触
•提升量筒使水沿下压头上升到上透水板有水渗出（排出膜与试样间空气）
•上翻乳胶膜并扎紧于上压头上
2.加围压水
•手动拖动压力室至正确位置，对正止口后紧固螺钉达到密封效果
•打开排气阀，开启进水球阀，水由进水管缓慢流入压力室
•排出上下孔压管路中的气体，当排气阀有水溢出时，关闭排气阀和进水阀
•检查系统是否漏水
3.试验过程
•加围压至0.2MPa，过程中同时施加适量轴力防止试样拉坏
•新建工程，选择动态试验模式
•设置控制方式（轴向负荷控制）、静态加载速率、采样时间
•设置试验参数（负荷控制模式：频率1Hz，正弦波，平均负荷，幅值，激振次数，加载级数）
•确认围压控制参数（频率1Hz，正弦波，平均负荷，幅值，激振次数）
•点击固结前采样
•选择不固结试验或根据需求选择固结模式
•对于分级实验，可直接在主界面输入幅值和次数后开始试验
•试验完成后将数据导入数据处理软件，生成实验报告
4.试验结束
•卸掉围压，开启排水系统
•打开压力室，拆除乳胶膜，取出试样
•卸除系统压力，停止油泵
•退出控制程序，关闭控制单元电源和计算机
5.清理维护
•将压力室各部件及附件清理干净，保持设备整洁
•定期检查设备状态，确保下次试验正常进行
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