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【正文】 測(cè)試要求。 關(guān)鍵詞 ： 伺服閥 ,試驗(yàn)臺(tái) ,CAT，動(dòng)靜態(tài)特性 電液伺服閥是測(cè)控系統(tǒng)中常用的測(cè)控軟件，由于液壓伺服系統(tǒng)在冶金、工程機(jī)械、化工等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使伺服閥也大量的被應(yīng)用在這些行業(yè)中。伺服閥在使用一定的時(shí)間后，其性能由于環(huán)境、磨損、老化等因素，不可避免地會(huì)發(fā)生故障 而需要維修，維修之后的伺服閥，其各種特性是否能夠達(dá)到規(guī)定的要求，則必需要通過一定的動(dòng)靜態(tài)特性檢測(cè)方法檢測(cè)之后，才能得出結(jié)論。因此，許多都根據(jù)自己的需要建有獨(dú)立的伺服閥實(shí)驗(yàn)臺(tái)，以下介紹的是我們單位與某高校聯(lián)合開發(fā)的基于計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試的伺服閥實(shí)驗(yàn)臺(tái)。 液壓站又稱為液壓泵站，是獨(dú)立的液壓裝置。它按逐級(jí)要求供油。并控制液壓油液的方向、壓力和流量，適用于主機(jī)與液壓裝置可分離的各種液壓機(jī)械上。用戶購(gòu)后只要將液壓站與主機(jī)上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油缸或馬達(dá)）用油管連接，液壓機(jī)械即可實(shí)現(xiàn)各種規(guī)定的動(dòng)作和工作循環(huán)。 液壓站是由泵裝置、集成塊或閥組合、油箱、電氣盒組合而成。各部件的功能為： (1)泵裝置 上裝有電機(jī)和油泵，是液壓站的動(dòng)力源，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓油的壓力能。 (2)集成塊 由液壓閥及通道體組裝而成。對(duì)液壓油進(jìn)行方向、壓力和流量調(diào)節(jié)。 (3)閥組合 板式閥裝在立板上，板后管連接，與集成塊功能相同。 (4)油箱 板焊的半封閉容器，上還裝有濾油網(wǎng)、空氣濾清器等，用來儲(chǔ)油、油的冷卻及過濾。 (5)電氣盒 分兩種形式。一種設(shè)計(jì)外接引線的端子板；一種配置了全套控制電器。 液壓站的工作原理：電機(jī)帶動(dòng)油泵轉(zhuǎn)動(dòng)，泵從油箱中 吸油供油，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓站的壓力能，液壓油通過集成塊（或閥組合）實(shí)現(xiàn)了方向、壓力、流量調(diào)節(jié)后經(jīng)過外接管 15 路并至液壓機(jī)械的油缸或馬達(dá)中，從而實(shí)現(xiàn)控制液動(dòng)機(jī)方向的變換、力量的大小及速度的快慢 ，推動(dòng)各種液壓機(jī)械做功。 實(shí)驗(yàn)臺(tái)可以完成伺服閥的動(dòng)靜態(tài)特性測(cè)試：靜態(tài)特性測(cè)試的內(nèi)容包括空載流量特性、壓力增益特性、流量 壓力特性、匯漏特性；動(dòng)態(tài)特性主要是伺服閥頻率特性的測(cè)試。以上特性的測(cè)試結(jié)果需要以圖形的方式繪制出來。 圖一是測(cè)試系統(tǒng)的液壓原理圖。 圖1 電 液伺服閥動(dòng)靜態(tài)測(cè)試液壓系統(tǒng)123456 78910 111213141516171819 20212223OPA BABP O 61 測(cè)試時(shí)根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目，分別將被試閥安裝在動(dòng) 靜態(tài)測(cè)試閥板上，在做靜態(tài)測(cè)試時(shí)，將開關(guān)閥 8 關(guān)閉，將閥 6 打開；在做動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，則將開關(guān)閥 8 打開，將閥 6 關(guān)閉。 空載流量特性測(cè)試方法 16 測(cè)試空載流量特性時(shí)，其操作如下：先將開關(guān)閥 1 7 關(guān)閉，打開閥 1 9，使被試電液伺服閥的兩輸出口 A、 B 之間的壓差 △ PL=0。然后向被測(cè)試閥通入頻率為 的三角波電流信號(hào)，電流信號(hào)的大小按照以下規(guī)律變化：即由 0 變到 +imax，再由 +imax 變到0，再到 － imax，然后再回到 0。由渦輪流量計(jì) 16 檢測(cè)電流變化過程中的流量，并將測(cè)得的流量值和輸入的相應(yīng)電流值送到計(jì)算機(jī)中去 ，由計(jì)算機(jī)可以畫出流量電流變化的，即為被試閥的空載流量特性曲線 177。q=f(177。i)△ pL=0。并可以根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出閥的流量增益、對(duì)稱性、零漂和滯環(huán)等重要性能。 負(fù)載流量特性測(cè)試方法 測(cè)試負(fù)載流量特性的操作如下：先將開關(guān)閥 1 9 打開，關(guān)閉閥 1 7，使測(cè)試時(shí) A、B 兩口的油液通過單向閥組 23 和比例溢流閥 22。用比例溢流閥（最低可調(diào)節(jié)壓力 ）可以測(cè)試時(shí)負(fù)載壓力，用渦輪流量計(jì) 16 可以測(cè)量各種負(fù)載工況下的流量。測(cè)試時(shí)，先調(diào)節(jié)溢流閥 3，使系統(tǒng)的壓力為被試電液伺服閥的額定壓力，再向被試閥線圈輸入頻率 為 的三角波電流信號(hào)，然后通過控制比例溢流閥 22 使負(fù)載壓力從零按一定增量逐漸變化到額定壓力，測(cè)量每一增量下的流量，輸入到計(jì)算機(jī)中。再改變輸入電流的幅值（頻率不變），重復(fù)以上過程，可測(cè)得多組曲線，此即為電液伺服閥的負(fù)載流量特性曲線177。q=f(177?！?pL)i=Cont。 壓力特性測(cè)試方法 測(cè)試時(shí)先將開關(guān)閥 1 1 7 都關(guān)閉，打開閥 9，使被試閥的輸出流量為零，然后調(diào)節(jié)溢流閥 3 使系統(tǒng)壓力等于被試閥的額定壓力與回油壓力（由壓力傳感器 13 測(cè)得）之和。然后向被試閥線圈通入 三角波電流信號(hào)，由計(jì)算機(jī)讀取 壓力傳感器 1 15 的值 ，即可測(cè)出伺服閥兩輸出口之間的壓力差。改變輸入電流信號(hào)的幅值，可測(cè)得不同電流幅值下的壓差值。根據(jù)電流值和壓差值可以繪出被試閥的壓力增益特性曲線 177?！?pL=f(177。i)q=0。 泄露特性測(cè)試方法 測(cè)試泄露特性時(shí)先將開關(guān)閥 1 1 9 關(guān)閉，將閥 7 打開，然后調(diào)節(jié)溢流閥 3 使系統(tǒng)壓力達(dá)到被試閥的額定壓力，然后向被試閥線圈通入激勵(lì)電流，用流量傳感器 5 測(cè)試泄流流量的大小，并將泄露信號(hào)和給定的激勵(lì)電信號(hào)經(jīng)采樣輸送到計(jì)算機(jī)，由測(cè)試系統(tǒng)繪出泄露特性曲線 qr=f(177。i)。 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試 根據(jù)國(guó)際 ，電流伺服閥的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試主要是指其幅頻特性曲線 3dB 時(shí)的幅頻寬和相 17 頻特性曲線 90176。時(shí)的相頻寬。測(cè)試時(shí)需要用 10 個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)作為被試閥線圈的激勵(lì)信號(hào)，然后依次測(cè)量其輸出的流量信號(hào)，并濾除流量信號(hào)中與激勵(lì)信號(hào)頻率不同的成分后作為被試伺服閥的響應(yīng)信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)采樣分別輸入到計(jì)算機(jī)，由系統(tǒng)測(cè)試軟件求出激勵(lì)信號(hào)的自功率譜 GXX(f)和激勵(lì)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的互功頻 率 GXY(f)， 由此可以得頻率響應(yīng) H(f)= GXX(f)/GXY(f)。 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)先將開關(guān)閥 6 關(guān)閉，將閥 8 打開，由獨(dú)立的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生 掃頻正弦信號(hào)，經(jīng)放大之后，輸入到伺服放大器，使動(dòng)態(tài)缸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，根據(jù)安裝在動(dòng)態(tài)缸上的速度傳感器，可以求出被試伺服閥的輸出流量。而安裝在另一端的位移傳感器可以用于防止動(dòng)態(tài)缸偏離中心位置。 測(cè)試系統(tǒng)在靜態(tài)特性試驗(yàn)時(shí)需要采集的信號(hào)包括：被試伺服閥線圈的電流信號(hào)、進(jìn)油口 P 的壓力、負(fù)載 A 口和 B 口的壓力信號(hào)、泄漏口 O 的壓力信號(hào)、負(fù)載 A 口和 B 口之間的流量信號(hào)、泄漏口 O 的流量信號(hào)；動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)需要采集的信號(hào)有：被試閥線圈的電流信號(hào)，速度傳感器 20 輸出的電壓信號(hào)。測(cè)試系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)包括比例溢流閥的壓力設(shè)定值、信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的被試閥線圈激勵(lì)信號(hào)。 以上信號(hào)中的被試閥伺服放大信號(hào)為電流信號(hào)，其他信號(hào)為電壓信號(hào)。由于傳感器檢測(cè)的這些信號(hào)通常包含有噪聲或經(jīng)過了調(diào)制，在輸入到測(cè)試計(jì)算機(jī)之前，都需要經(jīng)過相應(yīng)的處理，然后才經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步使用。 測(cè)試中采用獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器由 16 單片機(jī)作為核心，可以產(chǎn)生頻率為 0～ 800Hz 的三角波、正弦波、方波、線性掃描正弦波等多種波信號(hào)，供伺服閥測(cè)試使用。信號(hào)發(fā)生器通過 RS232 與主計(jì)算機(jī)通信，測(cè)試時(shí)由主計(jì)算機(jī)將生成波形的類型、波形的幅值 和頻率等參數(shù)告知信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器生成規(guī)定的波形之后，輸入到被試閥的伺服放大器中。在動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)，同時(shí)將生成的波形信號(hào)數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，供計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)特性使用。測(cè)試系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖二所示。 18 被試閥電流信號(hào)壓力信號(hào)11115流量信號(hào)16泄露流量信號(hào)5被試閥正弦電流信號(hào)i速度傳感器20信號(hào)輸入通道及調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡測(cè)試計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器被試伺服閥放大器壓力設(shè)定動(dòng)靜態(tài)特性曲線繪制測(cè)試結(jié)果文檔及數(shù)據(jù)保存信號(hào)輸出通道（A/D)圖二 測(cè) 試系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 軟件系統(tǒng)的主要功能是完成測(cè)數(shù)據(jù)的處理和測(cè)試曲線的繪制，因此從功能上劃分，可分為信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、界面管理模塊和負(fù)責(zé)測(cè)試文檔處理及數(shù)據(jù)保存的輔助功能模塊。這些模塊又分別包含有多個(gè)子模塊，子模塊再調(diào)用基本的函數(shù)庫(kù)函數(shù)，完成各自的功能。 信號(hào)處理模塊是測(cè)試系統(tǒng)最重要的模塊，其子模塊包括數(shù)字濾 波、曲線擬合及差值、頻響計(jì)算、誤差補(bǔ)償?shù)?。?shù)字濾波可以采用的算法有中值濾波、相關(guān)濾波、限輻濾波等方法，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)干擾情況選擇合適的濾波方法。曲線擬合采用常用的最小二乘法原則，使擬合后的曲線點(diǎn)的誤差平方和最小。頻響計(jì)算主要包括自相關(guān)計(jì)算和互相關(guān)計(jì)算，相關(guān)計(jì)算采用快速傅里葉變換和反變換實(shí)現(xiàn)的快速相關(guān)算法。 通訊模塊的功能包括讀寫輸入 /輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)、數(shù)字信號(hào)發(fā)生器相互通訊模塊。在測(cè)試之前，由操作人員根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目，將需要采集的壓力、流量信號(hào)的通道信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器的波形參數(shù)輸入到系統(tǒng)，系統(tǒng)將調(diào)用緩沖區(qū)建立函數(shù)和通 訊函數(shù)建立個(gè)通道的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并向信號(hào)發(fā)生器輸發(fā)出參數(shù)，同時(shí)啟動(dòng) D/A 和 A/D 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，各通道采用中斷方式向緩沖區(qū)寫入數(shù)據(jù)， CPU 每隔 1s 時(shí)間讀取各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后調(diào)用界面管理模塊刷新輸出界面。 界面管理模塊主要負(fù)責(zé)靜動(dòng)態(tài)特性曲線的繪制，由個(gè)特性曲線子模塊調(diào)用 Plot( )函數(shù)完成，輔助功能模塊包括測(cè)試數(shù)據(jù)的格式化輸出到文件，以及測(cè)試文檔和數(shù)據(jù)的打印。 整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)采用微軟公司的 開發(fā)，其總體操作流程如圖三所示 。 19 表一是 MOOG 公司生產(chǎn)的 D072386 伺服閥經(jīng)維修 后的檢測(cè)生成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告中列出了伺服閥的主要實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值，測(cè)試結(jié)果的相關(guān)曲線，在此不再一一列舉。 20 該測(cè)試系統(tǒng)借鑒了虛擬儀器的設(shè)計(jì)方法，充分發(fā)揮了軟件在測(cè)試系統(tǒng)中的功能，使測(cè)試工作的操作更加簡(jiǎn)單直觀，同時(shí)最大限度的減少了硬件的使用，節(jié)約了伺服閥試驗(yàn)臺(tái)的成本。 21