金属基复合材料是一种新型复合材料,具有横向及剪切强度高,疲劳力学性能好的特点,在航空航天、机械制造、汽车、医疗器械等领域有很广泛的应用前景。现阶段,金属基复合材料的应用还存在许多问题。制造工艺复杂、造价昂贵等问题导致该材料难以在工业生产中大规模使用。为了更好的改进材料的生产制造工艺,降低材料的使用成本,提高材料的性能,科研人员需要更加深入的研究金属基复合材料的特性。因此需要研制相适应的疲劳特性测试系统,帮助科研人员对金属基材料的疲劳特性进行测试。本文主要研究内容是金属基材料疲劳特性测试系统的设计和实现,课题的主要任务是为疲劳测试系统设计配套的电气和控制部分。根据工艺流程和控制指标,进行总体方案的设计。具体的设计可分为硬件设计和软件设计两个部分。硬件部分主要包括系统的主回路和控制回路。软件部分主要包括上位机监控界面、下位机逻辑控制和运动控制。在总体方案的指导下,设计系统主回路和控制回路的电气原理图。根据试验工艺流程,设计下位机程序控制流程和上位机监控界面。针对热机械疲劳试验中出现的应力控制需求,提出了利用模型预测控制算法进行应力闭环控制的方案。根据试验机应力加载特点进行需求分析,确定控制策略,进行算法理论研究。根据控制对象和系统结构建立数学模型,研究模型预测控制在应力控制中的应用。通过计算机仿真和试验测试进行系统控制参数的确定。应力闭环控制部分利用MATLAB仿真,验证了模型预测控制算法对于快速响应系统的控制效果。仿真数据显示,系统加入预测算法后的调节时间较之前减少15%,控制误差由1%减少到0.5%。最后,利用一步模型预测控制方案,进行算法的软件实现,并在试验机上进行控制效果验证。将模型预测控制优化改进后,应用在系统的应力闭环控制中。实际应用结果显示,该算法可以很好的控制试验系统应力的加载,其控制精度也能达到设计指标要求。本设计最终完成了金属基疲劳特性测试系统的设计,并通过了使用单位的验收,各项工艺流程和技术指标均符合要求。