基于力反馈的多级安全保护方法及系统与流程
本技术涉及实验加载控制的，尤其涉及基于力反馈的多级安全保护方法及系统。
背景技术：
1、在风电叶片的加载实验中，由于被测对象价值高且实验周期长，加载系统的安全性至关重要。传统的安全保护逻辑通常采用固定阈值法，即当载荷传感器反馈的载荷值超过预设的静态上限时，触发系统紧急停机。
2、然而，这种传统的固定阈值保护方法存在显著缺陷，已难以满足高端装备测试对安全性与可靠性的严苛要求，具体表现在：动态响应滞后，例如在正弦波或复杂的动态加载过程中，系统的实际响应载荷与指令之间可能产生相位差或波形畸变，这种动态异常往往是系统失效的早期征兆，但仅比较峰值绝对值的固定阈值法完全无法识别此类风险，导致保护动作严重滞后，错失最佳干预时机；结构损伤识别缺失，例如风电叶片等复合材料结构在疲劳实验中的损伤，首先表现为结构刚度的逐渐退化（即在相同载荷下产生更大位移），该方法仅监控载荷绝对值，而无法关联并感知为达到该载荷所产生的位移是否异常增大，因此无法在被测物内部发生初期损伤（如基体微裂纹、分层萌生）时提供预警，极易导致贵重实验样品在毫无预警的情况下发生彻底破坏；保护手段单一，例如该方法将所有异常状况，无论是可恢复的瞬时干扰还是严重的结构失效，均导向紧急停机这唯一响应，这种策略不仅会因不必要的停机频繁中断漫长的实验进程，造成时间和资源浪费，其本身产生的机械与液压冲击也可能对实验装置和被测物造成二次损伤。
3、因此，亟需一种能够实时感知控制精度异常与结构健康状态、并能实施分级精准保护的智能安全保护方法，以提升实验的安全性、可靠性与效率。
技术实现思路
1、本技术提出基于力反馈的多级安全保护方法及系统，用于解决上述现有技术的缺陷。
2、根据本技术实施例的第一方面，提供一种基于力反馈的多级安全保护方法，包括：
3、接收目标载荷指令；
4、实时获取加载执行机构施加于被测物的反馈载荷以及所述被测物的位移；
5、计算所述反馈载荷与所述目标载荷指令的实时偏差，并判断所述实时偏差是否超出所述目标载荷指令实时变化的动态阈值带；其中，若所述实时偏差超出所述动态阈值带，则触发一级保护响应；若否，则继续正常加载；
6、根据所述反馈载荷与所述位移，实时计算载荷与位移关系曲线的斜率特征，并判断所述斜率特征是否偏离预设的健康刚度基准区间；其中，若所述斜率特征偏离所述健康刚度基准区间，则触发二级保护响应；若否，则继续正常加载；
7、其中，所述一级保护响应的保护等级低于所述二级保护响应。
8、在一些实施方式中，所述方法还包括：
9、基于与所述目标载荷指令的波形斜率、频率或幅值中的至少一项进行关联，设置所述动态阈值带，
10、其中，所述动态阈值带的宽度与所述目标载荷指令的波形斜率的实时变化率绝对值成正比，和/或所述动态阈值带的宽度与当前加载周期的频率成正比，和/或所述动态阈值带的宽度与所述目标载荷指令的瞬时绝对值或当前循环的峰值的幅值成比例。
11、在一些实施方式中，所述触发一级保护响应，包括：
12、控制所述加载执行机构进行柔性减载，用于中断对所述目标载荷指令的跟踪，以及控制所述加载执行机构按照低于目标加载速率的下降速率，并将所述目标载荷指令从当前值平滑降低至预设的安全载荷值或零位；
13、和/或，控制所述加载执行机构进入保持状态，用于维持其当前输出的载荷值不变并暂停接收新的所述目标载荷指，以及持续监控所述反馈载荷至所述实时偏差回归至所述动态阈值带以内时请示恢复自动加载的流程。
14、在一些实施方式中，所述触发二级保护响应，包括：
15、控制所述加载执行机构执行紧急停机的操作，用于中止所述目标载荷指令的输出，并切断或旁通主控信号至所述加载执行机构的通路；
16、控制所述加载执行机构执行锁死的操作，用于激活所述加载执行机构的机械或液压锁死装置至输出轴或活塞杆固定；
17、控制所述加载执行机构执行返回安全位置的操作，用于控制所述加载执行机构在锁死解除的条件下，以预设的低速和低加速度模式，将输出端平稳移动至机械零点或安全位置；
18、基于在所述加载执行机构抵达安全位置后，上报当前状态并等待后续处置指令。
19、在一些实施方式中，所述实时计算载荷与位移关系曲线的斜率特征，通过如下的数学表达式计算得到：
20、；
21、其中，表示所述刚度斜率特征；表示相邻采样时刻的载荷变化量，表示与所述相邻采样时刻的载荷变化量对应的位移变化量。
22、在一些实施方式中，所述方法还包括：
23、在触发所述一级保护响应或所述二级保护响应并控制所述加载执行机构动作后，获取并验证反馈载荷是否进入安全状态；若验证结果为未进入安全状态，则上报最高级故障警报，若验证结果为进入安全状态，则继续正常加载。
24、在一些实施方式中，所述方法还包括：
25、持续记录在未触发所述一级保护响应以及所述二级保护响应保护期间的每个加载周期内计算得到的所述斜率特征，并将其存入历史数据库；
26、以预设的更新周期或加载循环次数为单位，对历史数据库中的所述斜率数据进行统计分析，计算所述斜率数据的中心趋势与离散范围；
27、将所述健康刚度基准区间更新为当前统计周期内的刚度斜率数据的中心趋势值，用于确定当前的所述健康刚度基准区间，并自适应更新所述健康刚度基准区间。
28、在一些实施方式中，所述方法还包括：
29、所述计算所述反馈载荷与所述目标载荷指令的实时偏差，并判断所述实时偏差是否超出所述目标载荷指令实时变化的动态阈值带的步骤，与所述根据所述反馈载荷与所述位移，实时计算载荷与位移关系曲线的斜率特征，并判断所述斜率特征是否偏离预设的健康刚度基准区间的步骤，进行并行执行；
30、其中，所述二级保护响应的优先级高于所述一级保护响应。
31、根据本技术第二方面提供一种基于力反馈的多级安全保护系统，包括：
32、指令接收模块，用于接收目标载荷指令；
33、传感模块，用于实时获取加载执行机构施加于被测物的反馈载荷以及所述被测物的位移；
34、动态偏差监控模块，用于计算所述反馈载荷与所述目标载荷指令的实时偏差，并判断所述实时偏差是否超出所述目标载荷指令实时变化的动态阈值带；若所述实时偏差超出所述动态阈值带，则触发一级保护响应；若否，则继续正常加载；
35、结构刚度监测模块，用于根据所述反馈载荷与所述位移，实时计算载荷与位移关系曲线的斜率特征，并判断所述斜率特征是否偏离预设的健康刚度基准区间；若所述斜率特征偏离所述健康刚度基准区间，则触发二级保护响应；若否，则继续正常加载；其中，所述一级保护响应的保护等级低于所述二级保护响应。
36、在一些实施方式中，所述动态偏差监控模块的执行频率高于所述结构刚度监测模块的执行频率。
37、本技术实施例的基于力反馈的多级安全保护方法及系统的有益效果，至少包括：
38、本技术实施例基于接收目标载荷指令，建立了精确、可控的加载目标，为整个闭环控制系统提供了基准输入，使得加载过程能够按照预设的谱图或波形进行，是实现高精度实验与可控保护的前提。本技术实施例基于实时获取加载执行机构施加于被测物的反馈载荷以及该被测物的位移；实现了对系统输出载荷状态和被测试结构响应位移状态的同步、实时感知，为后续的偏差监控与健康诊断提供了准确、及时的数据源，构成了多维度安全保护的信息基础。本技术实施例基于计算该反馈载荷与该目标载荷指令的实时偏差，并判断该实时偏差是否超出基于该目标载荷指令实时变化的动态阈值带，通过引入随指令动态调整的阈值，解决了固定阈值法在动态加载下的响应滞后问题，能灵敏地捕捉由系统失控、信号干扰等引起的微小跟踪异常，实现对控制回路故障的早期预警和干预，防止事故扩大。本技术实施例基于该反馈载荷与该位移，实时计算载荷位移关系曲线的斜率特征，并判断该斜率特征是否偏离预设的健康刚度基准区间，通过监测结构刚度的变化，能够有效识别被测物内部因疲劳、损伤导致的性能退化，即使在载荷未超限的情况下也能提前预警，实现了对结构本身健康状态的预防性保护，避免了贵重样品在毫无征兆下的彻底破坏。同时，该一级保护响应的保护等级低于该二级保护响应的分级机制实现了保护响应的精准化与最优化，既避免了针对可恢复异常的全系统停机造成的实验中断与资源浪费，也确保了在发生严重结构损伤时能采取最高级别的保护动作。