伺服閥動態(tài)性能測試技術(shù)的發(fā)展

伺服閥動態(tài)性能測試技術(shù)的發(fā)展

服務(wù)閥廣泛應(yīng)用于服務(wù)系統(tǒng)中。這是將電源轉(zhuǎn)變?yōu)闄C器信號的重要元件。為了充分掌握這些功能，需要進行全面的測試和動態(tài)試驗：壓縮性大流量、分辨率、負荷流量、階躍響應(yīng)和頻率特性測試。本文介紹的伺服閥測試系統(tǒng)主要是測試針對大流量電液伺服閥,采用計算機輔助測試系統(tǒng)完成伺服閥的各項試驗,試驗過程中能夠?qū)崟r顯示試驗數(shù)據(jù)和曲線,對試驗數(shù)據(jù)在線處理、存儲、打印和管理,并且能夠根據(jù)測試結(jié)果計算電液伺服閥的靜動態(tài)性能指標(biāo),判斷電液伺服閥的性能(主要以高頻伺服插裝閥為例)。1電磁溢流閥、壓力傳感器和高頻響應(yīng)的壓力傳感技術(shù)高頻伺服插裝閥測控實驗臺主要由:定量泵、蓄能器組、伺服比例高頻閥帶集成式模擬電子放大器,比例(節(jié)流)伺服閥(模擬放大器型號為2WRC-系列)、壓力傳感器、流量計、壓力表等,電磁溢流閥(Rexroth)、具有高精度,高頻響的壓力傳感器(霍尼韋爾)。傳感器及其二次儀表是測試系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,直接決定測試精度,頻率響應(yīng)時間,本系統(tǒng)主要的傳感器及二次儀表均選用進口優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,具體選型如下:壓力傳感器3套,選用美國honeywell公司的產(chǎn)品PX2系列傳感器,量程為40MPa,分別測量系統(tǒng)壓力p測試臺液壓系統(tǒng)原理見圖1所示。2計算機測控系統(tǒng)組成液壓伺服測控系統(tǒng)主要由液壓高頻伺服插裝閥實驗臺、電氣控制柜、傳感器、流量計二次儀表,西門子PLC、上位機、NI采集板卡、軟件測控平臺等部分構(gòu)成。整個計算機測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。本系統(tǒng)采用串口通信的方式實現(xiàn)計算機與PLC的通信,從而實現(xiàn)遠程控制泵的啟動、停止功能。下位機PLC與上位機之間采用OPC通信實現(xiàn)信息的傳輸,如顯示壓力,閥開關(guān)狀態(tài)等信息。采集板卡安裝在計算機中,將各個傳感器連接到端子板,實現(xiàn)了電壓信號的高頻采集與輸出控制,將傳感器信號統(tǒng)一在4mA~20mA的量程范圍內(nèi),能減少外界的信號干擾。測控系統(tǒng)軟件模塊框架圖,如圖3所示。3動態(tài)特性實驗1)流量特性實驗伺服閥的流量是指液壓系統(tǒng)輸入流量為最大開度時,從回油口流出的全部流量,也叫動耗流量,它隨著輸入電壓的變化而變化,當(dāng)閥芯處于高位時測流量最大值。由上位機輸出連續(xù)的±5V周期變化的正弦電壓信號給伺服放大器,采集流量計QF-LV1的輸入信號,通過曲線的擬合得到流量特性曲線,實驗結(jié)果如圖4所示。2)動態(tài)性能實驗高頻伺服插裝閥動態(tài)性能測試實驗是電液伺服閥性能測試中的難點,其測試方法有正弦掃頻法和頻譜分析法。本文主要采用正弦掃頻法以及階躍響應(yīng)法進行頻譜分析。高頻伺服插裝閥的頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)是動態(tài)特性在頻域衡量系統(tǒng)中的2項主要指標(biāo)。動態(tài)實驗時:主泵,輔泵,同時開啟,將(2)DT1,(6)DT2兩個電磁溢流閥打開,為蓄能器組(17.20)充油液,同時(8)球閥打開進行流量測試,待充液完成后,蓄能器組一側(cè)壓力傳感器給出一個信號,待壓力滿足時進入測試界面,輸入正弦信號,給定(伺服高頻閥18)然后,點擊“返回”保存頻率特性和相位特性數(shù)據(jù),流量數(shù)據(jù)等,并返回前一界面。(1)頻率響應(yīng)特性實驗利用計算機輔助測試技術(shù)的應(yīng)用,采用正弦掃頻的方法,將一定幅值的正弦周期控制電壓信號作為激勵源。本系統(tǒng)通過檢測伺服活塞的運動速度來確定閥體輸出流量,作為系統(tǒng)的響應(yīng)。求出電壓信號的自功率譜和電壓信號與速度響應(yīng)的互功率譜,再求出傳遞函數(shù)H(f)=Gxy(f)/Gxx(f),最后,根據(jù)動態(tài)信號分析系統(tǒng)計算出伺服系統(tǒng)的幅-頻特性曲線,得到伺服閥的頻率響應(yīng)特性(下降4dB時的頻率值)詳見圖5所示。高頻伺服插裝閥是線性時不變系統(tǒng),當(dāng)輸入信號為振幅不變、頻率不斷變換的正弦信號時,輸出信號為頻率相同的正弦信號,而振幅和相位有所變化。采用濾波的方法,將其他頻率的干擾信號濾除,并進行曲線擬合。(2)階躍響應(yīng)特性實驗階躍響應(yīng)是在系統(tǒng)額定壓力下,且負載壓力為零時,輸出流量對輸入階躍電壓的跟蹤過程。階躍響應(yīng)是動態(tài)性能中對系統(tǒng)進行時域性能檢測的重要依據(jù)。根據(jù)階躍響應(yīng)曲線可以確定超調(diào)量、過渡,過程時間和震蕩次數(shù)等時域品質(zhì)指標(biāo)。時域性能參數(shù)比頻域性能參數(shù)更加直觀,但測量精度比頻率響應(yīng)低。測試頻率特性時,被控對象是在穩(wěn)態(tài)情況下測量的,而測試階躍響應(yīng)曲線時,則發(fā)生在過渡過程狀態(tài),因此外來的隨機信號干擾對測試階躍特性的影響比頻率特性測量結(jié)果的影響大得多,因此將信號進行濾波十分重要。圖6是本系統(tǒng)對2WRC-DN40型流量伺服插裝閥進行了實測,高頻伺服插裝閥在PS-31.5MPa額定壓力和40mA額定電流下測試階躍響應(yīng)。4電液伺服閥大流量動態(tài)特性的測試本文介紹的系統(tǒng)是一套高程度自動化的計算機輔助測試系統(tǒng),它具有如下特點:a)采用定量泵,利用蓄能器組裝置,實現(xiàn)大流量動態(tài)測試,提高了能源的使用效率,保證試驗過程中壓力恒定,減少脈動;b)采用自行開發(fā)的數(shù)字式多功能信號放生器,能夠產(chǎn)生幅值和頻率可調(diào)的各種類型的信號,信號穩(wěn)定準(zhǔn)確,并具有多種操作模式;c)選用進口或國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的傳感器和二次儀表,測試精度高,性能穩(wěn)定可靠;d)由計算機直接進行動態(tài)試驗,無需頻率特性動態(tài)分析儀,降低了成本,提高了測試的自動化水平;e)由計算機完成測試數(shù)據(jù)的處理,并計算伺服閥的性能指標(biāo),消除了人工讀取數(shù)據(jù)計算性能指標(biāo)而造成的隨機誤差。系統(tǒng)采用液壓技術(shù)、機電一體化技術(shù)、儀器技術(shù)來完成對電液伺服閥大流量動態(tài)特性測試的研究。系統(tǒng)操作界面友好,穩(wěn)定可靠,能完成測試信號的采集,再通過曲線擬合及