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| 電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)研究 李健鋒，袁銳波，張自華 The Research of the Testing System of Electro一hydraulic Servo Valve LI Jian-feng, YUAN Rui-bo, ZHANG Zi-hua (昆明理工大學(xué)流體控制工程研究所，云南昆明650093) 摘 要 :該電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)主要用來(lái)測(cè)試伺服閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。介紹了系統(tǒng)組成及功能，研究了系統(tǒng)的測(cè)試原理圖，最后分析了伺服閥的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)試。 關(guān)鍵詞 :電液伺服閥;靜態(tài)測(cè)試;動(dòng)態(tài)測(cè)試 1、 前言 電液控制伺服閥簡(jiǎn)稱(chēng)伺服閥，相對(duì)于普通液壓系統(tǒng)中的常規(guī)閥來(lái)說(shuō)，伺服閥是一種高級(jí)的、精密的液壓元件。伺服閥既是信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件。在電液伺服控制系統(tǒng)中，伺服閥將系統(tǒng)的電氣部分與液壓部分連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換與放大，對(duì)液壓執(zhí)行元件進(jìn)行控制，具有控制精度高、響應(yīng)速度快、信號(hào)處理靈活、輸出功率大和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。為了更好地利用電液伺服閥，必須對(duì)它進(jìn)行充分的實(shí)驗(yàn)。 2、 系統(tǒng)組成及功能 電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)主要由泵站系統(tǒng)、測(cè)試臺(tái)、計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等組成。小泵額定壓力為21 M Pa，流量10 L/min;大泵額定壓力為7 MPa，流量90 L/min。測(cè)試臺(tái)設(shè)計(jì)成兩個(gè)工位，即電液伺服閥靜態(tài)測(cè)試工位和動(dòng)態(tài)測(cè)試工位。測(cè)控系統(tǒng)主要包括:電源開(kāi)關(guān)電路、信號(hào)調(diào)理器、Avant測(cè)試分析儀、控制軟件(液壓CAT控制測(cè)試軟件)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。測(cè)控系統(tǒng)實(shí)施對(duì)液壓能源、液 壓測(cè)試臺(tái)的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電液伺服閥某項(xiàng)或多項(xiàng)液壓參數(shù)測(cè)試的油路轉(zhuǎn)換，同時(shí)采集各項(xiàng)所需的液壓參數(shù)，經(jīng)軟件處理獲得符合電液伺服閥試驗(yàn)規(guī)范要求的曲線、數(shù)據(jù)、報(bào)表等。實(shí)現(xiàn)了對(duì)電液伺服閥的動(dòng)、靜態(tài)特性的實(shí)時(shí)顯示及描繪，并自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)分析和處理。 3、 電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)原理 電液伺服閥測(cè)試系統(tǒng)原理圖如圖1所示。   4、 電液伺服閥特性測(cè)試 4.1、 靜態(tài)測(cè)試 1) 空載流量特性測(cè)試 在無(wú)載 ( 即A,B 兩腔的壓力差極小)的條件下，向伺服閥輸入緩慢變化的電流，測(cè)得伺服閥輸出流量與輸人電流的關(guān)系，即±q = f(±i)△PL。當(dāng)被試閥輸入電流i變化一個(gè)工作周期(即由  )， 對(duì)應(yīng)輸出流量q的變化。所得曲線即為空載流量特性，如圖2所示。由于伺服閥的流量測(cè)試是在“空載”條件下，即負(fù)載壓力非常低的條件下進(jìn)行的，因此要求流量傳感器必須具有極低的啟動(dòng)壓力。通過(guò)控制圖1中截止閥25,28,29,31的位置，在工作壓力下繪制空載流量曲線，通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行采集、分析，能得到伺服閥的流量增益、額定流量、飽和流量、飽和電流、線性度、對(duì)稱(chēng)度、滯環(huán)等性能指標(biāo)的值。 2) 負(fù)載流量特性測(cè)試 在輸入電流i和供油壓力Ps，為常數(shù)的情況下，輸出流量q隨負(fù)載壓力差△PL的變化關(guān)系。士q=f(土△PL)i= 常數(shù)。負(fù)載壓差△PL的變化范圍是從零到Ps，在此范圍內(nèi)測(cè)出對(duì)應(yīng)的輸出流量q值.改變電流i為不同常數(shù)，可得到一簇曲線，即為負(fù)載流量特性曲線，如圖3 (a)所示。通過(guò)控制圖1中截止閥25,28,29,31的位置，調(diào)節(jié)節(jié)流閥30，給電液伺服閥加一個(gè)負(fù)載，然后繪制帶載流量曲線，通過(guò)計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)測(cè)試相關(guān)性能指標(biāo)的值。 3) 壓力增益特性測(cè)試 首先將供油壓力調(diào)整為額定壓力加回油壓力，并將伺服閥的A,B 口切斷，在輸出流量q為零的情況下，負(fù)載壓差PL與輸入電流i的關(guān)系，即士PL= f(士i)q=0。當(dāng)輸入電流i變化一個(gè)工作周期(即由 )， 對(duì)應(yīng)負(fù)載壓差PL的變化。所得曲線即為壓力特性曲線，如圖3(b)所示。在壓力特性曲線上某點(diǎn)或某段的斜率即為壓力增益。伺服閥的壓力增益越高，伺服系統(tǒng)的剛度越大，克服負(fù)載能力越強(qiáng)，系統(tǒng)誤差越小。壓力增益越低，表明零位泄漏量大，閥芯和閥套配合不好，從而使伺服系統(tǒng)的響應(yīng)遲緩。如圖1中，檢測(cè)數(shù)字式壓力計(jì)34,36的壓力值，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理分析，得到伺服閥的壓力增益值，并可在終端上顯示或存儲(chǔ)、打印。4) 內(nèi)泄漏特性測(cè)試 伺服閥的內(nèi)泄漏特性是指伺服閥輸出流量為零(在負(fù)載通道關(guān)閉時(shí))，由回油口流出的內(nèi)部泄漏流量，通常泄漏流量隨輸人電流變化而變化，當(dāng)閥處于零位時(shí)為最大值qLo，見(jiàn)圖3(c)。對(duì)于兩級(jí)伺服閥泄漏量由前置級(jí)的泄漏量qq0和輸出級(jí)的泄漏量qLo 組成。零位泄漏量qc�？勺鳛榛y制造質(zhì)量指標(biāo)，對(duì)舊閥可反映其磨損情況。另外， 伺服閥的壓力特性也能反映其內(nèi)泄漏情況。  圖3 試驗(yàn)曲線 4.2 動(dòng)態(tài)測(cè)試 主要測(cè)量伺服閥的幅頻特性、相頻特性及幅頻寬和相頻寬。讓伺服閥的輸人電流在某個(gè)頻率范圍內(nèi)作正弦變化時(shí)，閥的空載流量對(duì)輸人電流的復(fù)數(shù)比，即為伺服閥的頻率特性。 通過(guò)流量來(lái)測(cè)試系統(tǒng)頻率特性，電液伺服閥的頻率特性要求在空載條件下測(cè)量，采用具有小質(zhì)量、低摩擦的無(wú)載動(dòng)態(tài)缸和速度傳感器作為流量傳感器，液壓缸的速度與電液伺服閥輸出的流量在一定頻率范圍內(nèi)成比例，液壓缸活塞桿一端帶速度傳感器，將流量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào).測(cè)試系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型如圖4所示，Q為流量，G1(s)為動(dòng)態(tài)缸和速度傳感器。  雖然動(dòng)態(tài)缸小質(zhì)量、低摩擦、無(wú)載，但由于制造工藝和實(shí)際質(zhì)量的存在，活塞左右移動(dòng)時(shí)受質(zhì)量、阻尼固有特性作用，故系統(tǒng)簡(jiǎn)化為二階環(huán)節(jié)，即  。ξ為阻尼系數(shù)，ωn為流量傳感器的固有頻率。系統(tǒng)截止頻率受質(zhì)量、阻尼系數(shù)的影響，從閥芯到液壓缸的固有頻率為: 其中:A為液壓缸活塞有效面積;β為油液的有效容積模數(shù);Vt為液壓缸兩腔的可壓縮體積;m為活塞質(zhì)量;ωh為動(dòng)態(tài)缸的固有頻率。 提高動(dòng)態(tài)缸的頻率特性的方法是減少質(zhì)量和液壓缸兩腔的可壓縮體積，增加動(dòng)態(tài)缸活塞的有效面積. 測(cè)試 系 統(tǒng) 的動(dòng)態(tài)特性可采用相關(guān)譜分析法分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，也可以采用最小二乘法辨識(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，做幅頻特性曲線和相頻特性曲線.實(shí)驗(yàn)主要是在實(shí)驗(yàn)室測(cè)量電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性、-3dB時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率和90°相移對(duì)應(yīng)的頻率.考慮動(dòng)態(tài)缸特性的影響，采用正弦信號(hào)做激勵(lì)信號(hào)，分別求不同頻率下的正弦信號(hào)的幅值比和相位差.由于電液伺服閥并不是確定的線性系統(tǒng)，不易采用系統(tǒng)辨識(shí)法辨識(shí)電液伺服閥的數(shù)學(xué)模型然后計(jì)算幅相頻特性曲線，故可采用正弦信號(hào)頻率對(duì)數(shù)等間隔分段掃描法測(cè)試系統(tǒng)的幅頻特性與相頻特性。 5、 結(jié)束語(yǔ) 該電 液 伺 服閥測(cè)試系統(tǒng)將計(jì)算機(jī)控制、檢測(cè)技術(shù)與液壓控制系統(tǒng)有效地相結(jié)合，使實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化程度、可靠性、準(zhǔn)確性、效率大為提高，而且節(jié)省了部分儀器、設(shè)備。該系統(tǒng)不但可以進(jìn)行靜態(tài)特性測(cè)試，而且可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試。由計(jì)算機(jī)完成測(cè)試數(shù)據(jù)的處理，并計(jì)算伺服閥的性能指標(biāo)，消除了人工讀取數(shù)據(jù)計(jì)算性能指標(biāo)而造成的隨機(jī)誤差。 參考文獻(xiàn): [1] 梁利華.液壓傳動(dòng)與電液伺服系統(tǒng)【M].哈爾濱:哈爾濱工程 大 學(xué) 出版社，2005. 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