电液伺服阀性能测试系统设计方法

本系统采用液压缸和位移传感器的方式计算电液 伺服阀的工作流量, 计算的流量不仅精确, 而且克服 了大流量流量计误 差偏大、有 最小 流量限 制的 缺点。 静态缸 23在限 位开关 22、 24和 电磁 换向 阀 21的 控 制下, 在静态性能测 试时相当 于缸 有无限 长的 行程。 对位移传感器 25 的位移信号进行微分与静态缸 23 的 有效面积的积即得电液伺服阀的工作流量, 流量的正 负由控制被测阀的电信号的正负决定。 动态性能 的 自动 测试 采 用频 域 扫频 法。 动态 缸 12的工作频率为 400H z , 满足被测电液伺服阀的动态 性能 测 试 要 求。 自 动 测 控 单 元 给 电 液 伺 服 阀 0 ~ 200H z的正弦激 励信 号, 根据 位移 传感 器 20 记录 的 动态缸的 位移 规 律, 从而 得 出电 液伺 服阀 的 动态 特 性。
2 基于 CAT 技术的自动测控单元 采 用 ∀ 工 控 机 + DA /AD 采 集 卡 # 及 相 应 的 传 感、变换电路组成信 号发生和 采集 的典型 硬件 系统, 结合编制的 专用 软件 组 成电 液伺 服阀 的 自动 测控 单 元。 自动测控单元可以自动控制 被测阀 8和 背压阀 5 的开口度按测试要求减小或增大, 并记录保存每个测 试点的压力、 流量、 电 流等 数 据, 自 动 生 成性 能 曲 线。 2 1 硬件构成 电液伺服 阀自 动测 控 单元 的硬 件 采用 ∀ 传感 器 + 数 据 采集 卡 + 工 控机 + 电 控器 # 的结 构, 如 图 2 所示。其中的压力传感器采用压阻式传感器, 位移传 感器采用 差动 变压 器 式传 感器。 A /D 数 据采 集卡 采 用研 华 的 PCL - 818L, 其 采 样 速 度 每 通 道 可 达
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图 8 办公桌 成本屋 ( 产品概念 1)
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《 机床与液 压 》 2005 N o 11
电液伺服阀自动测试方法的研究
刘自磊, 吴百海, 邹大鹏
(广东工业大学机电学院, 广州 510090)
摘要 : 研究了电液伺服阀自动测试 的方法。给出了液压系统的工作原理 , 介绍了自动 测控单元的 硬件构成 , 详 细论述 了软件设计的核心算 法和自动功能的实现。 关键词 : 自动测试 ; 方法 ; 伺服阀 ; 算法 中图分类号 : T P271+ 31 文献标识码 : A
测试台液压系统结构原理如图 1所示。在对电液 伺服阀进行不同的特性测试 时闸阀的开 关状态如 表 1 所示。闸阀 采用 手动 开 关阀 可以 很 好地 密封 液 压回 路, 避免电磁开关阀有时出现行程不到位的缺点, 减 少测试误差。 电液伺服阀 8的各个测试点的自动变换由自动测 控单元控制, 完成空载特性测试和负载特性测试时被 测阀开口度变换的自动化过程。 为实现系统的自动加载, 采用比例溢流阀 5做背 压阀, 自动调节系统负载压力, 完成压力增益特性和 负载特性测试的自动化过程, 克服了手动加载的随机 干扰和量化不准确、耗时长等缺点。
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验台上用型号为 34B- H 10 /25B 电液比例换 向阀代替 电液伺服阀做了部分性能测试, 所测的性能曲线如图 5 和图 6所示。
4 结论 通过实验研究表明, 本文所述的电液伺服阀自动 测试的方法是完全可行的, 开发的系统是稳定的, 大 大提高了测试精度和测试速度。另外, 该方法还可以 灵活地应用于其它一些液压元件及系统的自动测试。 参考文献
【4】 杨乐平等 L abV IEW 高级程序 设计
北 京: 机 械 工 业 出 版 社,
收稿时间 : 2005- 09- 20
成本屋和绿色屋来量化产品在质量、成本和环境方面 的指标, 并 利用 比较 屋 来评 价待 选 择的 多个 产 品概 念, 帮助设计团队选择最佳的产品概念。 绿色质量功能 展 开是 绿 色设 计 ( 或者 面 向 环境 的设计 ) 的一 种重 要方 法, 它 对于 提高 产品 质 量和 环保性以及降低产品成本是非常有用的。
【2】 潘 伟 基于虚拟仪器技术 的液压泵试 验台自 动测试 系统设计 机床与液压 , 2004 ( 10): 230~ 232 【3】 李 扬等 采用虚拟仪表实 现液压装置 的动态 特性测 机床与液压 , 2003 液压工程手册 1999 ( 3): 12~ 13 北京 : 清华 大学 试和仿真 出版社 , 【5】 雷天觉 1990
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态缸的流量。程序中的延时环节 决定了所要 判断的 n 个点 的时 差性, 进 一步 保证了 流量 q 的稳 定性 判断。从 自动 测试 系统 的 实 际 工 作 情 况 来 看, 若 n 取 10, 延 时 40 ~ 60m s效果较好。取值太 小, 不 能 准 确 判 断 稳 定, 取值 太 大, 则 浪费 系统的运行时间。 从以 上的 程序 设计 核心 算法 可以 看出, 该 算法 通用 性强, 适 用面 广, 可以 用不 同的 计算 机语言 来开发 电液 伺服 阀自 动 测试 的 软 件系 统。
文章编号 : 1001- 3881 ( 2005) 11- 114- 3
S tudy on the M ethod of A u tomatic Testin g Servo - valve
LI U Z i le,i WU Ba i ha,i ZOU D a peng ( Guangdong Un iv ersity of T echno lo gy, Guangzhou 510090 , China)
0 前言 电液伺服 控制 系统 在 控制 领域 中 占有 重 要的 地 位, 特别是在大功率、快速、精确的控制系统中起到 重要作用。电液伺服阀是其中的主要执行机构。在阀 出厂前和维修后进行性能测试是必不可少的环节。传 统的测试系统大都由分立的模拟仪表组成, 在测试过 程中, 一般由模拟仪器在纸上记录模拟试验曲线或由 试验人员记录试验数据, 然后把数据进行手工处理得 到性能指标。显然, 该方法工作量大、速度慢、效率 低、精度差。 随着微电子技术和计算机技术的飞速发展, 计算 机辅助测试 ( CAT ) 技术在液压系统测试中得到了广 泛的应用。它具有测 试精 度高、速 度快、 性价比 高、 测试的重复性和可靠性高等优点, 有着很好的应用前 景。 因此, 本文 基于 CAT 技 术, 研究 了 实现 电液 伺 服阀自动测试的方法。 1 自动测试系统工作原理 根据 GB /T 15623 - 1995B 标 准, 电液伺 服阀 的自 动测试需 要完 成静 态性 能 测试 ( 空载 特性、 压力 增 益 特性、 负 载特 性 ) 和 动 态性 能 测 试 (幅 频 特 性、 相频特性 ), 在性能 曲线上直 接读出 性能指标, 并可 以把曲线保存成可以随时调用的数据文件。液压测试 [ 1] 原理和国标相同 。 自动测试就是利用现代的传感器技术、电子技术 和计算机技术, 原来由试验人员手工单点测试、读取 模拟仪表、记录数据、描绘曲线的过程用自动测试系 统迅速地自动连续地对各点进行测试、保存数据文件 并自动生成性能曲线, 从而得出电液伺服阀的各个性 能指标。其中, 空载特性、负载特性、动态特性的测 试最具代表性。 为实现自动测试功能, 测试系统在结构上分为测 试台液压系统和自动测控单元。
Abstrac t : T he m ethod of auto m atic testing servo - v alve w as stud ied T he hydrau lic syste m w as estab lished and the hardw are structure o f the auto m atic testing & contro lling un itw as introduced T he ar ithm etic of the softw are design and ho w to realize the autom at ic function w ere d iscussed K eyword s : A utoma tic test ; M e thod ; Servo - va lve ; A rithm etic
图 2 自动测控单元硬件构 成
2 2 软件设计 实现电液 伺 服阀 自动 测试 的 核心 部分 是 软 件设 计。软件是实现产生自动控制信号和自动采集稳定数 据的主要部分。 如何自动产生控制被测阀和背压阀的电信号和自 动准确地采 集 各传 感器 的稳 定 数据 是软 件的 核 心功 能。在自动变换电液伺服阀的测试点时, 液压系统的 稳定正常情况下需 2~ 5 s , 当 电液伺服 阀因质 量问题 不能稳定时, 软件系统应能根据传感器的数据自动识 别并提示。软件设计部分的核心算法如图 3和图 4所 示。 图 3 是实 现 产生 自 动 控制信 号和 自动 准确 采 集 稳定数 据并 保存 的程 序 设 计流程。 U 1、 U 2 设定控 制 液 压 阀 电 压 信 号 上、 下 限, n 设定 曲 线 的 测 试 点 数。 U 是 自 动 产 生 控 制 电压信 号 的变 化 步长, 大 小由 ( U 1 - U 2 ) /n 决 定。 U 是控 制 液压 阀的 电 压 信 号, 按 U = U 2 + i U 的 递 增规律 自动 输出 以控 制 液 压 阀的 测 试 点 变 化。 q 是 根据静 态缸 和位 移传 感 器 计算所 得的 被测 阀工 作 流 量。 在 控 制 信 号 U 输 出 后, 程序 内设 定 了延 时 环 节, 其大 小可 根 据正 常 液 压阀测 试点 变换 时稳 定 时 间 来 经 验设 定, 一般 为 2 图 3 自动测控程序流程图 ~ 5s 。当 系 统 稳定 时, 系 统能从数据采集卡读取相应的传感器的稳定数据, 并 自动保存成数据表文件, 同时自动生成相应的性能曲 线。 图 4是根据传感器数据自动判断液压系统是否稳 定的程序设计流程。判断的依据是流量的变化和程序 | b- a | 的运 行时 间, 算 法上 通 过 实 现。 a、 b 是 t 程序运行的中 间变 量, t 是计 时器, n 设定 判断 稳定 时对数据进行比较的点数, 设定判断 稳定时 程序的 最大运行时 间, 设 定稳定 信号允 许的 误差, q 是静
1 油箱
2 安全阀
3 泵
4、 11、 13、 15、 19 闸 阀 5
背压阀 6、 9 、 16、 18 压力传感器 7、 10 、 14、 17 压力 表 8 电液伺服 阀 12 动 态 缸 20、 25 位 移传 感器 21 、电磁换向阀 22、 24 限位开关 23 静态缸 图 1 测 试台液压系统原理图
【1】 王占 林 社, 液压 伺 服控 制 北 京 : 航 空 航天 大 学出 版 1987 : 387~ 390
3 实验 图 4 判断液压系统稳 LabV IE W 作为 一种 定的程序 流程图 比较 规范、成 熟的 图形 化编程语言, 可以方便地开发出虚拟面板、自动控制 信号的产生和实现数据的采集、分析、处理和存储等 功能。 为了对所 作 的研 究做 进 一步 的 验证, 作 者基 于 LabV IE W 软件平 台, 按 照以 上的 测 试方 法, 对电 液 伺服阀自动测试系统做了部分开发。在搭建的简易试
《 机床与液压 》 2005 N o 11 表 1 闸阀开关状态 特 闸 阀 4 11 13 15 19 开 ! 关 ! ! ! ! ! ! ! 性 空载特性 负载特性 动态特性
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40kH z , 采用差 分输入 接线法, 有 8 个输入 通道, D / A 数据采集卡采用研华的 PCL - 726 , 可 以输出 DC ∃ 10V, 有 6个输出通 道, 输入输 出通道 的盈余可 以用 来检测其它液压系统时扩展之用。该测试结构的优点 是方便灵活, 通用性强。