【正文】 編碼，根據(jù)讀出碼盤上的編碼，檢測絕對位置。編碼的設(shè)計可采用二進(jìn)制碼、循環(huán)碼、二進(jìn)制補(bǔ)碼等。絕對式光電編碼器的優(yōu)點是:可以直接讀出角度坐標(biāo)的絕對值。沒有累積誤差。電源切除后位置信息不會丟失。其缺點是制造工藝復(fù)雜，不易實現(xiàn)小型化153]，且分辨率是由二進(jìn)制的位數(shù)來決定的，也就是說精度取決于位數(shù)，目前有10位、14位、16位等多種。編碼器的選型主要考慮:分辨率、允許最大轉(zhuǎn)速(最高響應(yīng)頻率)、外形尺寸、軸允許荷重和增量式、絕對式等。(l)分辨率光電編碼器的分辨率是以編碼器軸轉(zhuǎn)動一周所產(chǎn)生的輸出信號基本周期數(shù)來表示的，即脈沖數(shù)/轉(zhuǎn)(P/r)。碼盤上的透光縫隙的數(shù)目就等于編碼器的分辨率，碼盤上刻的縫隙越多，編碼器的分辨率就越高。按試驗機(jī)測試精度要求，選光電編碼器的分辨率選為50Op/r，即編碼器每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生500個脈沖。其轉(zhuǎn)角分辨率為: 。如果對光電轉(zhuǎn)換信號進(jìn)行邏輯處理，可以得到2倍頻或4倍頻的脈沖信號，從而進(jìn)一步提高編碼器的分辨率，此時(設(shè)若4倍頻)的轉(zhuǎn)角分辨率為: 。 (2)響應(yīng)頻率編碼器輸出的響應(yīng)頻率取決于光電檢測器件、電子處理線路的響應(yīng)速度。當(dāng)編碼器高速旋轉(zhuǎn)時，如果其分辨率很高，那么編碼器輸出的信號頻率將會很高。如果光電檢測器件和電子線路元器件的工作速度與之不能相適應(yīng)，就有可能使輸出波形嚴(yán)重畸變，甚至產(chǎn)生丟失脈沖的現(xiàn)象。這樣輸出信號就不能準(zhǔn)確反映軸的位置信息。所以，每一種編碼器在其分辨率一定的情況下，它的最高轉(zhuǎn)速也是一定的，即它的響應(yīng)頻率是受限制的。(3)精度精度是編碼器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個試驗機(jī)測試系統(tǒng)精度的一個重要環(huán)節(jié)。保障應(yīng)有的精度是必須的，可以通過單圈脈沖數(shù)計算得到。如旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)1圈發(fā)出500個脈沖對應(yīng)50Omm的距離，則其檢測精度為1mm。為追求精度，片面地選擇每圈高脈沖數(shù)的旋轉(zhuǎn)編碼器是不可取的，編碼器的精度越高，其價格越昂貴，因此，編碼器的精度只要滿足整個測試系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。應(yīng)兼顧編碼器的造價、抗沖擊性和低的頻率響應(yīng)，一般可考慮增設(shè)1級增減速機(jī)構(gòu)。(4)類型及相數(shù)單相旋轉(zhuǎn)編碼器僅使用在無反向旋轉(zhuǎn)的場合。其特點是價格低廉，脈沖接收技術(shù)簡單，精度較高。正交A、B相旋轉(zhuǎn)編碼器適用于正反向旋轉(zhuǎn)的場合，需要專門的脈沖接收設(shè)備，如果使用在每圈旋轉(zhuǎn)中有基準(zhǔn)點的場合，需使用Z相(原點)控制。其優(yōu)點是價格適中，性能價格比好，精度較高，旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不限，線路簡單。缺點是斷電后，計數(shù)無法保持。長期運轉(zhuǎn)會因誤碼出現(xiàn)累積誤差，需要提供校正措施。該種旋轉(zhuǎn)編碼器應(yīng)用最為廣泛。如前所述:在角度、位移測量和角速度測量場合，增量式光電旋轉(zhuǎn)編碼器較絕對式光電編碼器在成本和簡易程度上有很大優(yōu)勢。本課題光電編碼器安裝在試驗機(jī)下鉗口的放大輪位置，試驗時，上鉗口上移，編碼器跟隨旋轉(zhuǎn)。卸載時，上鉗口下移，編碼器反向旋轉(zhuǎn)，還要有對零點(基準(zhǔn)點)，所以需選擇A、B、Z三相增量式光電編碼器。(5)電氣匹配常見的旋轉(zhuǎn)編碼器電源和信號電壓主要有兩種:直流5一12V和直流5一24V。選型不對，旋轉(zhuǎn)編碼器和檢測信號單元則無法配合工作。 E40S6SOOP/R增量式光電編碼器綜上所述，本課題選用E4OS6一500P/R增量式旋轉(zhuǎn)光電編碼器。它是一種軸型編碼器，其直徑中為40mm，分辨率為50OP/r，采用NPN集電極開路輸出，其負(fù)載電壓最大3OV，負(fù)載電流最大3OmA，其軸規(guī)格為標(biāo)準(zhǔn)軸中6mm，輸出相為A相、B相、Z相，響應(yīng)頻率為10OKHz，連接方式為配線連接如圖3一9所示。該編碼器具有在狹窄的空間安裝方便。軸的轉(zhuǎn)動慣性很小。電源電壓使用范圍很大，從DCS24V 5%(Line Drive輸出時，DC5V5%)。適合角度、位置、回轉(zhuǎn)數(shù)，速度、加速度、距離探測以及多種輸出方式等優(yōu)點。其外形圖和特性參數(shù)分別見圖38和表34。1. 編碼器軸與用戶端輸出軸之間采用彈性軟管連接，以避免因用戶軸的串動、跳動而造成編碼器軸系和碼盤的損壞。2. 安裝時請注意允許的軸負(fù)載。3. 應(yīng)保證編碼器軸與用戶輸出軸的不同軸度，與軸線的偏角。4. 安裝時嚴(yán)禁敲擊和摔打碰撞，以免損壞軸系和碼盤。5. 接地線應(yīng)盡量粗，一般應(yīng)大于φ3。6. 編碼器的輸出線彼此不要搭接，以免損壞輸出電路。，以免損壞輸出電路。 表34 E40S500P/R 光電編碼器特性參數(shù)輸出形態(tài)集電極開路NPN輸出相A/B/Z相（可轉(zhuǎn)換）輸出相位差A(yù)、B相位差90o45o輸出容量施加電壓DC30V殘留電壓NPN電流30mV控制輸出電壓5V 規(guī)格電源電壓DC524V 電流消耗60mA分辨率p500p/r 最高響應(yīng)頻率100kHz轉(zhuǎn)動力矩0. 慣性矩 1106 kg2m()允許最高轉(zhuǎn)速5000r/min軸負(fù)重徑向5000r/min軸向 1 kg 軸偏差徑向軸向 外形尺寸φ4028mm 軸徑φ6mm重量約100g以下(含0. 5cm纜線)絕緣阻抗20MΩ2以上(DC500V MEGA)充電部整體及外間負(fù)載電阻1kΩ耐電壓AC500V 50/60Hz充電部整體及外間振動 耐久:10500Hz復(fù)振幅2mm沖擊耐久:l000m/S2{l00G}X, Y, Z各方向3次保護(hù)構(gòu)造 IEC規(guī)格:IP50連接方式導(dǎo)線引出型(標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)線長度500mm )隨著試驗機(jī)技術(shù)的發(fā)展及計算機(jī)技術(shù)在流體控制系統(tǒng)中的大量的應(yīng)用，流體控制元件的數(shù)字化己成為一種必然趨勢，采用比例閥或伺服閥等模擬信號控制元件構(gòu)成的系統(tǒng)一般通過D/A接口實現(xiàn)數(shù)字控制。國內(nèi)外電子液壓萬能試驗機(jī)，改變了以前老式試驗機(jī)用開關(guān)送油閥手柄來調(diào)節(jié)被控量的方法，近年來發(fā)展了三種不同控制方式:一種是電液伺服閥控制，一種是采用具有速度控制器的壓力閥控制，第三種是寬流量范圍的比例閥控制。日本島津UEH型及美國STEX公司的HVL型液壓萬能試驗機(jī)均采用電液伺服閥控制。電液伺服閥的優(yōu)點是靜動態(tài)性能良好，分辨率高、滯環(huán)小、線性度高、工作范圍廣。雖可連續(xù)地對控制對象精確控制，但其缺點是工藝復(fù)雜、抗污染能力差、工作噪聲較大、油溫升高快、使用維護(hù)要求高，尤其對靜態(tài)電液伺服試驗機(jī)間隙密封的柱塞油缸，更易引起油質(zhì)污染，阻塞伺服閥使試驗機(jī)無法長期正常運行，因此使用受到限制。西德申克公司的UPM液壓萬能試驗機(jī)是由速度控制器控制力矩電機(jī)而帶動壓力控制閥施加負(fù)荷，并具有速度電流反饋，是一種傳統(tǒng)的控制方式。電液比例閥在液壓控制油路上與常規(guī)開關(guān)閥無本質(zhì)區(qū)別，只是將手柄用比例電磁鐵代替，把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛭灰菩盘枺捎诔杀镜?、抗污染能力?qiáng)和高可靠性，其性能可滿足大多數(shù)工業(yè)場合要求。由此看來，在靜態(tài)液壓萬能試驗機(jī)中，采用抗污染能力極強(qiáng)的電液比例閥作控制元件，配合微機(jī)精密控制系統(tǒng)可使設(shè)備實現(xiàn)長期無故障運行，同時采用微機(jī)數(shù)字閉環(huán)控制使設(shè)備穩(wěn)定性有更大提高，使該機(jī)具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、動態(tài)響應(yīng)塊等優(yōu)點，其技術(shù)指標(biāo)和性能達(dá)到現(xiàn)代國際先進(jìn)技術(shù)水平。所以，本系統(tǒng)采用電液比例閥控制系統(tǒng)。在電液比例方向控制閥中，與輸入電信號成比例的輸出量是閥芯的位移或輸出流量，并且該輸出量隨著輸入電信號的正負(fù)變化而改變運動方向。因此，電液比例方向控制閥本質(zhì)上是一個方向流量控制閥。比例換向閥是由比例電磁鐵控制帶電反饋的直動型比例換向閥，用來控制液流的流量和流動方向。為了提高調(diào)節(jié)精度，減少干擾的影響，將電磁銜鐵位移反饋到位移閉環(huán)控制器。 表35電液比例閥和伺服閥控制技術(shù)在靜態(tài)萬能試驗機(jī)上的應(yīng)用類型電液比例閥伺服閥抗污染能力抗污染能力極強(qiáng)，對液壓油的過濾要求為20 u m，可實現(xiàn)無故障運行對液壓油的過濾要求需達(dá)到3pm以內(nèi)，抗污染能力極弱，尤其對靜態(tài)液壓式試驗機(jī)間隙密封的柱塞油缸，更易引起油質(zhì)污染，阻塞伺穩(wěn)定性純數(shù)字電器伺服控制、電路簡單，穩(wěn)定性非常高。多數(shù)采用模擬電器控制、電路復(fù)雜，穩(wěn)定性較弱。起動性能在低壓起動，系統(tǒng)壓力隨試驗力增加而比例增加，噪音低、油溫不易上升，不需冷卻裝置。在高壓狀態(tài)下起動，正常工作時始終處于最高壓力下，工作噪音大、油溫升高快，容易滲漏，需要進(jìn)行水循環(huán)冷卻。使用維護(hù)可采用計算機(jī)總線插卡式設(shè)計，所有功能通過軟件來設(shè)計，所有功能通過軟件來完成，有利于功能擴(kuò)展、軟件升級及微機(jī)聯(lián)網(wǎng)，并且具有故障自診斷功能，維修極為方便，只需更換微機(jī)內(nèi)相應(yīng)插卡即可。伺服閥電器測量控制系統(tǒng)大多數(shù)采用德國都利公司電箱，需自配計算機(jī)及軟件去管理電箱，顯示試驗數(shù)據(jù)，打印報告等工作，一旦電箱出現(xiàn)故障，試驗機(jī)廠家無能力維修。反應(yīng)速度反應(yīng)速度較低，適合于靜態(tài)液壓試驗機(jī)(頻寬Hz/3dB) 25 伺服閥反應(yīng)速度較高，頻寬(Hz產(chǎn)3dB) 20^200，適合于動態(tài)試驗機(jī)?？刂品绞介]環(huán)控制閉環(huán)控制性價比性能價格比高性能價格比低比例方向閥的控制閥口屬于薄壁節(jié)流孔口，因此，其控制特性本質(zhì)上遵循節(jié)流孔口的特性，如下形式: (31)__比例方向閥單個閥口的輸出流量(m3/s)。K__與節(jié)流孔口形狀、油液密度和油溫相關(guān)的系數(shù)，在一定的介質(zhì)溫度下，對確定的比例方向閥和工作介質(zhì)，K可視為常數(shù)。__比例方向閥單個閥口的壓降(MPa)。A(i)__比例方向閥單個閥口的通流面積(m2)，與控制信號的大小有關(guān): (32)W__閥口的面積梯度，由方向閥芯行程xv和方向閥的額定流量決定，與比例方向閥輸入信號的幅值和最大閥芯位移有關(guān)。比例方向閥通過控制閥芯的位移實現(xiàn)對閥口面積的控制:λ__比例方向閥芯的位移一電流增益(m/A)。i__比例方向閥電磁鐵通過的電流(A)。式(3l)和式(32)表明，比例方向閥的輸出流量q與控制電流i和閥口壓差如有關(guān)。當(dāng)比例方向閥閥口面積A(i)不變(對應(yīng)閥的輸入信號一定)，如果要求通過閥口的流量增加一倍，則對應(yīng)閥口上的壓差就是原來的4倍。2) 比例方向閥的控制特性曲線圖310所示的曲線簇是選擇比例方向閥的重要依據(jù)。通常規(guī)定，閥壓降為1MPa且輸入信號達(dá)到100%(滿量程)時對應(yīng)的輸出量(對應(yīng)曲線l)定義為比例方向閥的額定流量。這與普通開關(guān)式方向閥定義的額定流量方法不同。同一直徑的閥芯，當(dāng)只有閥口面積梯度W(又稱為閥口的周向開度)發(fā)生變化時，對應(yīng)的額定流量也會相應(yīng)變化，這就是同一通徑的比例方向閥有不同額定流量的原因。l)按控制精度和動態(tài)響應(yīng)特性選用比例方向閥的類型 不帶內(nèi)部反饋閉環(huán)的比例方向閥，其滯環(huán)大，流量分辨率低，閥口死區(qū)大(20%以上)，適用于控制精度較低的系統(tǒng)。帶內(nèi)部反饋閉環(huán)的比例方向閥，其穩(wěn)定性和動態(tài)響應(yīng)特性均優(yōu)于前者，適用于控制精度較高的系統(tǒng)。因此，應(yīng)該按照比例閥控制精度和動態(tài)響應(yīng)要求，根據(jù)生產(chǎn)廠提供的比例方向閥產(chǎn)品數(shù)據(jù)，選定其類型。以下是部分 Bosch Rexroth系列比例方向閥的參考依據(jù)。比例方向閥系列響應(yīng)時間/ms閥芯位置控制的最大誤差dx,max / pmWRZ T95≥50 30WREET95≥2510WRDE T95≥253WRDEHT95≥102012) 比例方向閥規(guī)格的確定主要是指額定壓力和額定流量。確定比例方向閥的額定壓力時，要注意比較比例方向閥每個油口的壓力區(qū)別，設(shè)計時要保證每個油口的額定壓力比每個油口所在系統(tǒng)中的實際壓力高。額定流量的確定要同時考慮比例方向閥的輸入信號范圍和閥壓降兩個因素。實際選用時，通常是先確定閥壓降的合理范圍，再按控制特性曲線選定額定流量合適的比例方向閥。閥壓降過大，在比例方向閥閥口上的引起的能量損失就會過大。閥壓降太低，通過閥口的流量容易受到壓力波動的影響，表現(xiàn)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動速度容易受到干擾。但在定壓系統(tǒng)中，確定閥壓降的合理值難以保證，因為這一因素是由負(fù)載決定。在工業(yè)現(xiàn)場中，用改變比例方向閥進(jìn)口壓力的辦法來改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運動速度，實際上是用改變△p的方法調(diào)整流量。但要注意避免系統(tǒng)運行在高耗能狀態(tài)。當(dāng)然，如果大流量工況下的時間較短，用提高閥壓降的辦法獲得短時間內(nèi)的大流量，則可充分發(fā)揮比例方向閥在大信號下的通流能力。在閥壓差確定后，比例方向閥合理的額定流量可根據(jù)閥的控制特性曲線，按以下原則確定:l)實際通過比例方向閥的最大流量對應(yīng)的輸入信號應(yīng)該接近額定輸入信號的90%，以充分發(fā)揮比例方向閥的通流能力。實際通過比例方向閥的最小流量對應(yīng)的輸入信號應(yīng)該超過比例方向閥的死區(qū)。這樣做既可提高流量分辨率，又可避免執(zhí)行元件出現(xiàn)爬行。對于本文中量程為600KN的試驗機(jī)而言，有:根據(jù)比例方向閥額定流量的定義將最大流量轉(zhuǎn)化為時的等效流量:在比例方向閥控制特性曲線簇中=。本論文選用額定流量為32L/min的由北京華德液壓工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的4WRE系列的電磁比例方向閥，通徑為6mm。圖311即為閥壓降轉(zhuǎn)化為1MPa時的特性曲線。 4WRE6型電磁比例換向閥的工作原理4WRE型電磁比例換向閥的結(jié)構(gòu)如圖3一12所示。該閥主要由閥體位置傳感器兩個比例電磁鐵閥芯4及兩個復(fù)位彈簧5組成。當(dāng)任意一端的電磁鐵通電時，比例電磁鐵的推桿直接推動閥芯向左(或右)移動，其位移量與輸入電器信號大小成正比，使閥芯的V型槽逐漸打開，從而控制液流流量。閥芯的位移由與電控制器相連的傳感器來檢測，糾正與要求位置的任何偏差，保證準(zhǔn)確的流量。當(dāng)電磁鐵斷電時復(fù)位彈簧使閥芯返回中位。4WRE型電磁比例換向閥采用板式連接，閥體采用鑄造內(nèi)油道，主閥芯采用彈簧對中。因此，通流能力強(qiáng)，通用性好，壓力高，重復(fù)精度好，使用方便，用一個閥可以控制液壓回路的全部調(diào)節(jié)過程按程序進(jìn)行，位置傳感器可以糾 正偏差保證準(zhǔn)確精度。4WRE型電