本课题来源于国家自然科学基金项目《基于剪切变形特性的管材各向异性本构关系及成形极限判据》,该项目主要研究管材在剪切力作用下以及复合应力状态下的各向异性本构关系以及成型极限的判据。本文所研究的复合加载材料试验机可以对特定的管材试样进行拉伸、剪切、扭转单向加载试验以及拉伸-剪切、拉伸-扭转复合加载试验,与传统的单向加载试验机相比结构更加复杂。因此,本文将对此专用的复合加载试验机的控制系统进行研究,设计并改进控制策略,减小各个通道之间的互相影响,提高其加载精度,为研究管材各向异性本构关系及成形极限判据提供可靠、高精度的试验设备。首先介绍了复合加载材料试验机的结构、管材试样参数以及试验的加载方案。之后为分析试样在拉伸-扭转复合加载过程中各通道间的互相影响,对试样在拉伸、扭转试验中的应力-应变以及在复合加载过程中的变形情况进行了理论分析,确定了复合加载过程中各通道间互相影响的机理。为研究复合加载材料试验机的控制系统,建立了永磁同步电机和单通道加载的数学模型和仿真模型,在AMESim中建立了单通道力加载的仿真模型和复合加载的仿真模型,并对复合加载时两通道间的影响进行了仿真分析。针对试样与夹具间不确定间隙使控制系统精度降低的问题,借鉴了机器人领域常用的基于位置的阻抗控制,可以在加载前使夹具与试样以较小的接触力接触,提高了力加载精度;为提高试验机的精度,运用卡尔曼滤波器来估计电机的转速,从而有效地提高了速度估计的准确度;为减小复合加载过程中各通道间的互相影响,采用了补偿控制策略;针对负载刚度变化对控制系统造成的影响,设计了模糊PID控制器提高了系统的适应性和鲁棒性。根据试验机技术要求,设计控制系统硬件部分,编写下位机程序,并利用MFC设计上位机界面,通过调试使试验机具有良好的控制性能和友好的人机界面。进行单通道位移加载、力加载实验以及复合加载实验,从实验结果可以看出,该材料试验机能够达到较高的位置控制精度和力控制精度,能够可靠、准确、方便地完成材料试验任务。