液壓伺服控制技術(shù)是隨著液壓傳動(dòng)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用而發(fā)展起 來(lái)的的新型液壓控制技術(shù)。其控制精度和響應(yīng)的快速性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通的液壓傳動(dòng)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛采用。在液壓技術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，伺服閥的靜態(tài)、動(dòng)態(tài) 性能測(cè)試能夠讓學(xué)生直觀的了解伺服系統(tǒng)核心元件的性能和主要參數(shù)。我單位設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的TY－4型 電液伺服測(cè)試試驗(yàn)臺(tái)|液壓與氣動(dòng)實(shí)訓(xùn)裝置可以滿足高等院校、職業(yè)院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及科研開(kāi)發(fā)要 求。并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要經(jīng)升級(jí)后增加新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，具有良好的可擴(kuò)展性。
1、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：
掌握實(shí)驗(yàn)的基本技能，進(jìn)一步了解機(jī)電一體 化技術(shù)及計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試即CAT技術(shù)的應(yīng)用，提高學(xué)生測(cè)試技能和動(dòng)手能力。了解電液伺服閥的靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，并掌握其性能測(cè)試的實(shí)驗(yàn)分析方法。了解電 液伺服閥控液壓缸系統(tǒng)(開(kāi)環(huán)、閉環(huán))在正弦輸入和階躍輸入時(shí)的響應(yīng)特性,加深對(duì)反饋控制的理解。增加了比例溢流閥、比例電磁換向閥，通過(guò)的比例電路控 制比例閥，達(dá)到對(duì)比例閥的認(rèn)識(shí)及應(yīng)用。
2、實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：
2.1機(jī)械電子工業(yè)部1989年發(fā)布、實(shí)施的JB/JQ20233-88《電液伺服閥試驗(yàn)方法》；
2.2航空工業(yè)部1987年發(fā)布的HB5610《電液流量伺服閥通用技術(shù)條件》；
2.3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15623－1995《電液伺服閥試驗(yàn)方法》。
3、主要技術(shù)參數(shù)
系統(tǒng)額定工作壓力：10Mpa；單泵6.67L/min—單電機(jī)1.5KW (進(jìn)口件) 共2套；泵源AC 380V；控制電壓：DC24V；組合方式搭接。
3.1能夠完成伺服閥的特性實(shí)驗(yàn)、伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制實(shí)驗(yàn)、伺服系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)控制實(shí)驗(yàn)（階躍信號(hào)響應(yīng)、正弦信號(hào)響應(yīng)）等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
3.2采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理、激勵(lì)信號(hào)發(fā)生、等功能，要求軟硬件齊全、界面友好。數(shù)據(jù)采集板卡采用32通道模擬輸入、16通道數(shù)字輸入和12路模擬輸出。
3.3靜態(tài)流量測(cè)量精度<2%，動(dòng)態(tài)流量測(cè)量頻帶寬度>100Hz，壓力測(cè)量精度<2%，壓力測(cè)量頻帶寬度>100Hz。
3.4 工控機(jī)配置：（工業(yè)控制計(jì)算機(jī)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的核心。為適應(yīng)高速采集運(yùn)算、海量存儲(chǔ)的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)發(fā)展趨勢(shì)，可配置一臺(tái)基于PIV架構(gòu)的計(jì)算 機(jī)：945GZ主板/E2180（酷睿 雙核2.0G）1G DDRII533/集成顯卡、網(wǎng)卡、聲卡/160G SATA/防水抗菌鍵盤/光電鼠標(biāo)/17寸液晶/三年有限保修三年上門/硬盤保護(hù)/DOS系統(tǒng)/一鍵恢復(fù)；打印機(jī)（彩色噴墨，分辨 率：5760×1400dpi，打印內(nèi)存：標(biāo)配內(nèi)存：48MB；zui大內(nèi)存：256MB，接口類型：USB2.0）、顯示器和PLC控制器（8位數(shù)字量輸 入，6位數(shù)字量輸出，工作電源：24VDC/4.
3.5軟件開(kāi)放良好性好，提供進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)的程序接口。
3.6泵站額定流量：6.67L／min；
4、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的整體設(shè)計(jì)
電 液伺服閥的靜態(tài)特性包括壓力增益特性、空載流量特性、壓力流量特性、內(nèi)部泄漏特性等。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該測(cè)量的參數(shù)有：控制流量Q 、供油壓力ps、回油壓力pt、控制口壓力pa 、pb 等。電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性通常用它的頻率特性或階躍響應(yīng)特性來(lái)表示。實(shí)驗(yàn)借助無(wú)載缸完成電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)應(yīng)該測(cè)量的參數(shù)有無(wú)載缸的位移s 等。
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)由液壓站、電控部分、立式儀表柜以及數(shù)據(jù)采集工控等四部分組成。電控部分主要是液壓站供電的控制柜，可集成在液壓站前面板上。儀表柜 是液壓站工作參數(shù)的顯示面板，根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，儀表柜設(shè)計(jì)成立式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝高精度儀表及放大器組件，為保證儀表供電穩(wěn)定，儀表柜中安裝高質(zhì)量穩(wěn)壓 電源及安全保護(hù)電路。工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，內(nèi)部安裝高精度數(shù)據(jù)采集卡及標(biāo)準(zhǔn)模擬量輸出單元，它可對(duì)整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)CAT，并通過(guò)I/O電路對(duì)液壓系 統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)端控制。工控機(jī)配備液晶顯示單元及激光打印輸出單元，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)處理和表格曲線打印輸出。
5液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.1系統(tǒng)構(gòu)成：
動(dòng)靜態(tài)特性試驗(yàn)采用同一試驗(yàn)臺(tái)。在測(cè)試靜態(tài)特性時(shí)，通過(guò)安裝在液壓缸油路上的截止閥來(lái)阻斷通往液壓缸的油路。動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)則只打開(kāi)到液壓油缸的通路。
硬 件配置方面：在電液伺服閥的進(jìn)油口、兩個(gè)負(fù)載口安裝三個(gè)壓力傳感器,獲得壓力參數(shù)并變送輸出。在兩負(fù)載口之間設(shè)計(jì)一整流回路，并安裝渦輪流量計(jì),得到控制 油路流量參數(shù)。比例節(jié)流閥同渦輪流量計(jì)串聯(lián)，通過(guò)改變節(jié)流閥節(jié)流口的大小，得到不同的負(fù)載壓力。回油路的流量傳感器可測(cè)系統(tǒng)的泄漏流量。測(cè)試動(dòng)態(tài)特性時(shí), 由于液壓油缸的速度與閥輸出的空載流量成正比,在活塞桿上加裝速度傳感器，測(cè)量速度值乘以相關(guān)系數(shù)即可獲得伺服閥的輸出流量。
5.2原理圖
5.3系統(tǒng)動(dòng)態(tài)缸的定中
由 于被試伺服閥具有原始零偏、液壓油缸由于加工和裝配時(shí)的公差配合等原因造成油缸兩腔泄漏不一致,活塞與缸筒之間在左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力不對(duì)稱等因素,當(dāng)系 統(tǒng)在正弦信號(hào)激勵(lì)下,活塞在作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)逐漸偏離其原始中立位置。因此在活塞桿另一端帶一只位移傳感器,其輸出信號(hào)反饋到伺服放大器的輸入端來(lái)糾正活塞 的偏移。
6、數(shù)據(jù)采集及工控部分設(shè)計(jì)
CAT實(shí)驗(yàn)臺(tái)的特點(diǎn)是全部試驗(yàn)數(shù)據(jù)都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集和處理的。試驗(yàn)時(shí)，信號(hào)由相應(yīng)的傳感器檢測(cè)， 先送至儀表柜上的二次儀表，二次儀表對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行放大、濾波轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行數(shù)字顯示，并通過(guò)相應(yīng)的接口電路傳輸給工控機(jī)，由測(cè)試軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn) 存儲(chǔ)、顯示、報(bào)表、打印等功能。同時(shí)電磁閥特別是電液伺服閥的動(dòng)作控制通過(guò)計(jì)算機(jī)用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。
6.1 傳感器及二次儀表
根據(jù)國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15623－1995《電液伺服閥試驗(yàn)方法》的要求，在電液伺服閥的具體測(cè)試試驗(yàn)項(xiàng)目中，需要測(cè)量伺服閥的進(jìn)出口和兩個(gè)控制油口的油液壓 力，進(jìn)出油口的油液溫度以及流量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。根據(jù)液壓系統(tǒng)的油液壓力和流量條件選擇壓力、溫度、流量傳感器如下。并根據(jù)各種傳感器的便送輸出情況選擇二次 儀表。并對(duì)傳感器和二次儀表的安裝和顯示等條件提出具體要求。
6.2 采集板卡和控制板卡
根據(jù)測(cè)試系統(tǒng)的系統(tǒng)功能和要求，整個(gè)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以下功能：
1傳感器和二次儀表的測(cè)試數(shù)據(jù)的輸入
2根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)項(xiàng)目的不同，控制相關(guān)電磁閥的開(kāi)閉
3程序控制電液伺服閥的動(dòng)作和開(kāi)度
傳感器采集的壓力、溫度、流量等測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)二次儀表便送輸出后，通過(guò)A/D板接口電路送至工控機(jī)，由軟件進(jìn)行處理。
電磁閥的開(kāi)閉通過(guò)工控機(jī)輸出電平信號(hào)來(lái)控制，經(jīng)過(guò)放大后控制相關(guān)電磁閥的動(dòng)作。
電液伺服閥的動(dòng)作和開(kāi)度通過(guò)程序手動(dòng)或者自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，將程序輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量，輸出到電液伺服閥的放大線圈控制電液伺服閥的相關(guān)動(dòng)作。
7、測(cè)試軟件
為 了使軟件界面更加友好、操作更加簡(jiǎn)單，我們開(kāi)發(fā)了全中文的基于Window2k和XP操作系統(tǒng)的測(cè)試軟件,界面美觀大方，提示信息及其幫助全部為中文，易 于掌握，操作使用方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯(cuò)性好。為了便于維護(hù)和使用，軟件在設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)時(shí)采用了模塊化結(jié)構(gòu)以及分層菜單和容錯(cuò)技術(shù)。為提高數(shù)據(jù)采集的精度，程 序中使用了多媒體定時(shí)器，采樣精度達(dá)到1ms。同時(shí)在軟件的編制中采用了多線程技術(shù)，采集、顯示和存儲(chǔ)分線程操作，提高采集和顯示的實(shí)時(shí)性，同時(shí)加速代碼 執(zhí)行速度，節(jié)約系統(tǒng)資源。數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQLSERVER2000便于數(shù)據(jù)的保存和查詢。
在主控模塊中，根據(jù)試驗(yàn)項(xiàng)目及其擴(kuò)展功能來(lái)設(shè)計(jì)菜單，測(cè)試 軟件的主要菜單內(nèi)容包括：文件、系統(tǒng)測(cè)試、報(bào)表管理、技術(shù)參數(shù)入庫(kù)、設(shè)置、工具和幫助等。對(duì)于每一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，通過(guò)點(diǎn)擊菜單或者界面上的相關(guān)按鍵，程序?qū)?nbsp;液壓系統(tǒng)的相關(guān)電磁閥和電控系統(tǒng)的加載裝置自動(dòng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，只需要填寫試驗(yàn)的編號(hào)，手動(dòng)填寫其他相關(guān)參數(shù)，即可完成相關(guān)的試驗(yàn)，操作方便，易學(xué)易用。用 戶也可在界面上手動(dòng)設(shè)置液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，進(jìn)行其他一系列擴(kuò)展試驗(yàn)，靈活性高。報(bào)表管理給用戶和數(shù)據(jù)庫(kù)之間建立了一個(gè)交互的平臺(tái)，可以輕松實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 和相關(guān)試驗(yàn)圖線的查詢和打印。設(shè)置菜單為用戶提供了更加人性化的功能，如前端顯示、開(kāi)機(jī)自動(dòng)運(yùn)行、顯示每日一貼、zui小化至任務(wù)欄等。工具菜單則可以使用戶 在不退出檢測(cè)系統(tǒng)的情況下輕松調(diào)用計(jì)算器、記事本、畫圖板等常用工具。
8、測(cè)試方法
8.1靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
8.1.1無(wú)載流量特性實(shí)驗(yàn)：
將比例節(jié)流閥的開(kāi)口調(diào)節(jié)至zui大,此時(shí)可以看作油液無(wú)損失通過(guò)。輸入整個(gè)額定電流范圍電流，顯示試驗(yàn)曲線，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及分析，數(shù)字顯示出額定流量（正向與反向）、流量增益（正向與反向）、線性度（正向與反向）、不對(duì)稱度、滯環(huán)。
8.1.2壓力增益實(shí)驗(yàn)：
將比例節(jié)流閥的開(kāi)口關(guān)死,實(shí)現(xiàn)負(fù)載的無(wú)窮大。控制電流在正負(fù)額定電流范圍變化，顯示兩控制油口的壓力變化情況。
8.1.3負(fù)載流量特性實(shí)驗(yàn)：
首 先調(diào)節(jié)溢流閥使壓力達(dá)到電液伺服閥的額定壓力。信號(hào)源產(chǎn)生0. 01Hz 的三角波,幅值由用戶輸入。此信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服放大器驅(qū)動(dòng)放大后,送入電液伺服閥,計(jì)算機(jī)發(fā)出信號(hào),通過(guò)比例放大器驅(qū)動(dòng)放大后,控制比例節(jié)流閥的開(kāi)口,以實(shí)現(xiàn) 測(cè)試系統(tǒng)的外負(fù)載?，F(xiàn)場(chǎng)的壓力或流量信號(hào)由相應(yīng)的壓力傳感器和流量傳感器獲得,通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路后,進(jìn)行A/ D 轉(zhuǎn)換,然后輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(傳感器的非線性校正、數(shù)字濾波、曲線擬合) 后,輸出實(shí)驗(yàn)曲線。
8.2動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)
8.2.1 頻率響應(yīng)實(shí)驗(yàn)（亦即動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)）：調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力至閥的額定壓力。虛擬儀器的信號(hào)源產(chǎn)生5－200Hz 的正弦掃頻信號(hào),此信號(hào)經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)放大后,送入電液伺服閥,與此同時(shí),伺服閥的輸出流量,通過(guò)安裝在液壓油缸上的速度傳感器獲得,經(jīng)信號(hào)調(diào)理和A/ D 轉(zhuǎn)換后,輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)對(duì)電液伺服閥的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換,得到其幅值比和相位差,輸出波德圖。
自動(dòng)掃頻測(cè)試后，顯示出被試伺服閥頻率響應(yīng)波德圖，然后數(shù)字顯示幅頻寬（-3db）、相頻寬(-90?)。
8.2.2閥控液壓缸系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性實(shí)驗(yàn)。
只打開(kāi)接液壓缸的油路閥門，給伺服閥輸入系統(tǒng)在階躍輸入時(shí)的響應(yīng)特性等。
9、測(cè)試系統(tǒng)的特點(diǎn)
(1) 系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)性能測(cè)試采用同一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái),通過(guò)相應(yīng)截止閥的開(kāi)閉,實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)性能試驗(yàn)的切換
(2)全部實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試及遠(yuǎn)程控制，軟件接口開(kāi)放，可靈活擴(kuò)展與升級(jí)
(3) 系統(tǒng)加載采用比例節(jié)流閥,節(jié)省了人力和實(shí)驗(yàn)時(shí)間,且實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
(4) 所有實(shí)驗(yàn)所需的輸入信號(hào),均由計(jì)算機(jī)的虛擬信號(hào)源產(chǎn)生,簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如超低頻信號(hào)發(fā)生器、頻響分析儀等) 。
(5) 實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的壓力、流量、輸入電流等信號(hào),均通過(guò)虛擬儀器的軟面板顯示,簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)儀表(如壓力表、流量表、電流表等) 。
