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【正文】 測試要求。 關(guān)鍵詞 ： 伺服閥 ,試驗臺 ,CAT，動靜態(tài)特性 電液伺服閥是測控系統(tǒng)中常用的測控軟件，由于液壓伺服系統(tǒng)在冶金、工程機械、化工等行業(yè)中的廣泛應用，使伺服閥也大量的被應用在這些行業(yè)中。伺服閥在使用一定的時間后，其性能由于環(huán)境、磨損、老化等因素，不可避免地會發(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到規(guī)定的要求，則必需要通過一定的動靜態(tài)特性檢測方法檢測之后，才能得出結(jié)論。因此，許多都根據(jù)自己的需要建有獨立的伺服閥實驗臺，以下介紹的是我們單位與某高校聯(lián)合開發(fā)的基于計算機輔助測試的伺服閥實驗臺。 液壓站又稱為液壓泵站，是獨立的液壓裝置。它按逐級要求供油。并控制液壓油液的方向、壓力和流量，適用于主機與液壓裝置可分離的各種液壓機械上。用戶購后只要將液壓站與主機上的執(zhí)行機構(gòu)（油缸或馬達）用油管連接，液壓機械即可實現(xiàn)各種規(guī)定的動作和工作循環(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 上裝有電機和油泵，是液壓站的動力源，將機械能轉(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。對液壓油進行方向、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，用來儲油、油的冷卻及過濾。 (5)電氣盒 分兩種形式。一種設計外接引線的端子板；一種配置了全套控制電器。 液壓站的工作原理：電機帶動油泵轉(zhuǎn)動，泵從油箱中 吸油供油，將機械能轉(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 路并至液壓機械的油缸或馬達中，從而實現(xiàn)控制液動機方向的變換、力量的大小及速度的快慢 ，推動各種液壓機械做功。 實驗臺可以完成伺服閥的動靜態(tài)特性測試：靜態(tài)特性測試的內(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；動態(tài)特性主要是伺服閥頻率特性的測試。以上特性的測試結(jié)果需要以圖形的方式繪制出來。 圖一是測試系統(tǒng)的液壓原理圖。 圖1 電 液伺服閥動靜態(tài)測試液壓系統(tǒng)123456 78910 111213141516171819 20212223OPA BABP O 61 測試時根據(jù)測試項目，分別將被試閥安裝在動 靜態(tài)測試閥板上，在做靜態(tài)測試時，將開關(guān)閥 8 關(guān)閉，將閥 6 打開；在做動態(tài)測試時，則將開關(guān)閥 8 打開，將閥 6 關(guān)閉。 空載流量特性測試方法 16 測試空載流量特性時，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。然后向被測試閥通入頻率為 的三角波電流信號，電流信號的大小按照以下規(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 16 檢測電流變化過程中的流量，并將測得的流量值和輸入的相應電流值送到計算機中去 ，由計算機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)測得的數(shù)據(jù)計算出閥的流量增益、對稱性、零漂和滯環(huán)等重要性能。 負載流量特性測試方法 測試負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，使測試時 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 ）可以測試時負載壓力，用渦輪流量計 16 可以測量各種負載工況下的流量。測試時，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，然后通過控制比例溢流閥 22 使負載壓力從零按一定增量逐漸變化到額定壓力，測量每一增量下的流量，輸入到計算機中。再改變輸入電流的幅值（頻率不變），重復以上過程，可測得多組曲線，此即為電液伺服閥的負載流量特性曲線177。q=f(177。△ pL)i=Cont。 壓力特性測試方法 測試時先將開關(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 測得）之和。然后向被試閥線圈通入 三角波電流信號，由計算機讀取 壓力傳感器 1 15 的值 ，即可測出伺服閥兩輸出口之間的壓力差。改變輸入電流信號的幅值，可測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。 泄露特性測試方法 測試泄露特性時先將開關(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)壓力達到被試閥的額定壓力，然后向被試閥線圈通入激勵電流，用流量傳感器 5 測試泄流流量的大小，并將泄露信號和給定的激勵電信號經(jīng)采樣輸送到計算機，由測試系統(tǒng)繪出泄露特性曲線 qr=f(177。i)。 動態(tài)特性測試 根據(jù)國際 ，電流伺服閥的動態(tài)特性測試主要是指其幅頻特性曲線 3dB 時的幅頻寬和相 17 頻特性曲線 90176。時的相頻寬。測試時需要用 10 個不同頻率的正弦信號作為被試閥線圈的激勵信號，然后依次測量其輸出的流量信號，并濾除流量信號中與激勵信號頻率不同的成分后作為被試伺服閥的響應信號。這兩個信號經(jīng)采樣分別輸入到計算機，由系統(tǒng)測試軟件求出激勵信號的自功率譜 GXX(f)和激勵信號與響應信號的互功頻 率 GXY(f)， 由此可以得頻率響應 H(f)= GXX(f)/GXY(f)。 動態(tài)特性測試時先將開關(guān)閥 6 關(guān)閉，將閥 8 打開，由獨立的信號發(fā)生器產(chǎn)生 掃頻正弦信號，經(jīng)放大之后，輸入到伺服放大器，使動態(tài)缸產(chǎn)生運動，根據(jù)安裝在動態(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態(tài)缸偏離中心位置。 測試系統(tǒng)在靜態(tài)特性試驗時需要采集的信號包括：被試伺服閥線圈的電流信號、進油口 P 的壓力、負載 A 口和 B 口的壓力信號、泄漏口 O 的壓力信號、負載 A 口和 B 口之間的流量信號、泄漏口 O 的流量信號；動態(tài)特性測試時需要采集的信號有：被試閥線圈的電流信號，速度傳感器 20 輸出的電壓信號。測試系統(tǒng)輸出的控制信號包括比例溢流閥的壓力設定值、信號發(fā)生器產(chǎn)生的被試閥線圈激勵信號。 以上信號中的被試閥伺服放大信號為電流信號，其他信號為電壓信號。由于傳感器檢測的這些信號通常包含有噪聲或經(jīng)過了調(diào)制，在輸入到測試計算機之前，都需要經(jīng)過相應的處理，然后才經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，供計算機作進一步使用。 測試中采用獨立的數(shù)字信號發(fā)生器，該信號發(fā)生器由 16 單片機作為核心，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，供伺服閥測試使用。信號發(fā)生器通過 RS232 與主計算機通信，測試時由主計算機將生成波形的類型、波形的幅值 和頻率等參數(shù)告知信號發(fā)生器，信號發(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。在動態(tài)特性測試時，同時將生成的波形信號數(shù)據(jù)傳送給主機，供計算機動態(tài)特性使用。測試系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖二所示。 18 被試閥電流信號壓力信號11115流量信號16泄露流量信號5被試閥正弦電流信號i速度傳感器20信號輸入通道及調(diào)理數(shù)據(jù)采集卡測試計算機數(shù)字信號發(fā)生器被試伺服閥放大器壓力設定動靜態(tài)特性曲線繪制測試結(jié)果文檔及數(shù)據(jù)保存信號輸出通道（A/D)圖二 測 試系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu) 軟件系統(tǒng)的主要功能是完成測數(shù)據(jù)的處理和測試曲線的繪制，因此從功能上劃分，可分為信號處理模塊、數(shù)據(jù)通訊模塊、界面管理模塊和負責測試文檔處理及數(shù)據(jù)保存的輔助功能模塊。這些模塊又分別包含有多個子模塊，子模塊再調(diào)用基本的函數(shù)庫函數(shù)，完成各自的功能。 信號處理模塊是測試系統(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、頻響計算、誤差補償?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，使擬合后的曲線點的誤差平方和最小。頻響計算主要包括自相關(guān)計算和互相關(guān)計算，相關(guān)計算采用快速傅里葉變換和反變換實現(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)字信號發(fā)生器相互通訊模塊。在測試之前，由操作人員根據(jù)測試項目，將需要采集的壓力、流量信號的通道信號，信號發(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)建立個通道的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并向信號發(fā)生器輸發(fā)出參數(shù)，同時啟動 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 時間讀取各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，在對數(shù)據(jù)進行處理后調(diào)用界面管理模塊刷新輸出界面。 界面管理模塊主要負責靜動態(tài)特性曲線的繪制，由個特性曲線子模塊調(diào)用 Plot( )函數(shù)完成，輔助功能模塊包括測試數(shù)據(jù)的格式化輸出到文件，以及測試文檔和數(shù)據(jù)的打印。 整個測試系統(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 后的檢測生成的實驗報告，報告中列出了伺服閥的主要實驗項目結(jié)果和標準規(guī)定的值，測試結(jié)果的相關(guān)曲線，在此不再一一列舉。 20 該測試系統(tǒng)借鑒了虛擬儀器的設計方法，充分發(fā)揮了軟件在測試系統(tǒng)中的功能，使測試工作的操作更加簡單直觀，同時最大限度的減少了硬件的使用，節(jié)約了伺服閥試驗臺的成本。 21