伺服阀动态性能测试技术的发展

伺服阀动态性能测试技术的发展

服务阀广泛应用于服务系统中。这是将电源转变为机器信号的重要元件。为了充分掌握这些功能，需要进行全面的测试和动态试验：压缩性大流量、分辨率、负荷流量、阶跃响应和频率特性测试。本文介绍的伺服阀测试系统主要是测试针对大流量电液伺服阀,采用计算机辅助测试系统完成伺服阀的各项试验,试验过程中能够实时显示试验数据和曲线,对试验数据在线处理、存储、打印和管理,并且能够根据测试结果计算电液伺服阀的静动态性能指标,判断电液伺服阀的性能(主要以高频伺服插装阀为例)。1电磁溢流阀、压力传感器和高频响应的压力传感技术高频伺服插装阀测控实验台主要由:定量泵、蓄能器组、伺服比例高频阀带集成式模拟电子放大器,比例(节流)伺服阀(模拟放大器型号为2WRC-系列)、压力传感器、流量计、压力表等,电磁溢流阀(Rexroth)、具有高精度,高频响的压力传感器(霍尼韦尔)。传感器及其二次仪表是测试系统的关键部分,直接决定测试精度,频率响应时间,本系统主要的传感器及二次仪表均选用进口优质产品,具体选型如下:压力传感器3套,选用美国honeywell公司的产品PX2系列传感器,量程为40MPa,分别测量系统压力p测试台液压系统原理见图1所示。2计算机测控系统组成液压伺服测控系统主要由液压高频伺服插装阀实验台、电气控制柜、传感器、流量计二次仪表,西门子PLC、上位机、NI采集板卡、软件测控平台等部分构成。整个计算机测控系统结构如图2所示。本系统采用串口通信的方式实现计算机与PLC的通信,从而实现远程控制泵的启动、停止功能。下位机PLC与上位机之间采用OPC通信实现信息的传输,如显示压力,阀开关状态等信息。采集板卡安装在计算机中,将各个传感器连接到端子板,实现了电压信号的高频采集与输出控制,将传感器信号统一在4mA~20mA的量程范围内,能减少外界的信号干扰。测控系统软件模块框架图,如图3所示。3动态特性实验1)流量特性实验伺服阀的流量是指液压系统输入流量为最大开度时,从回油口流出的全部流量,也叫动耗流量,它随着输入电压的变化而变化,当阀芯处于高位时测流量最大值。由上位机输出连续的±5V周期变化的正弦电压信号给伺服放大器,采集流量计QF-LV1的输入信号,通过曲线的拟合得到流量特性曲线,实验结果如图4所示。2)动态性能实验高频伺服插装阀动态性能测试实验是电液伺服阀性能测试中的难点,其测试方法有正弦扫频法和频谱分析法。本文主要采用正弦扫频法以及阶跃响应法进行频谱分析。高频伺服插装阀的频率响应和阶跃响应是动态特性在频域衡量系统中的2项主要指标。动态实验时:主泵,辅泵,同时开启,将(2)DT1,(6)DT2两个电磁溢流阀打开,为蓄能器组(17.20)充油液,同时(8)球阀打开进行流量测试,待充液完成后,蓄能器组一侧压力传感器给出一个信号,待压力满足时进入测试界面,输入正弦信号,给定(伺服高频阀18)然后,点击“返回”保存频率特性和相位特性数据,流量数据等,并返回前一界面。(1)频率响应特性实验利用计算机辅助测试技术的应用,采用正弦扫频的方法,将一定幅值的正弦周期控制电压信号作为激励源。本系统通过检测伺服活塞的运动速度来确定阀体输出流量,作为系统的响应。求出电压信号的自功率谱和电压信号与速度响应的互功率谱,再求出传递函数H(f)=Gxy(f)/Gxx(f),最后,根据动态信号分析系统计算出伺服系统的幅-频特性曲线,得到伺服阀的频率响应特性(下降4dB时的频率值)详见图5所示。高频伺服插装阀是线性时不变系统,当输入信号为振幅不变、频率不断变换的正弦信号时,输出信号为频率相同的正弦信号,而振幅和相位有所变化。采用滤波的方法,将其他频率的干扰信号滤除,并进行曲线拟合。(2)阶跃响应特性实验阶跃响应是在系统额定压力下,且负载压力为零时,输出流量对输入阶跃电压的跟踪过程。阶跃响应是动态性能中对系统进行时域性能检测的重要依据。根据阶跃响应曲线可以确定超调量、过渡,过程时间和震荡次数等时域品质指标。时域性能参数比频域性能参数更加直观,但测量精度比频率响应低。测试频率特性时,被控对象是在稳态情况下测量的,而测试阶跃响应曲线时,则发生在过渡过程状态,因此外来的随机信号干扰对测试阶跃特性的影响比频率特性测量结果的影响大得多,因此将信号进行滤波十分重要。图6是本系统对2WRC-DN40型流量伺服插装阀进行了实测,高频伺服插装阀在PS-31.5MPa额定压力和40mA额定电流下测试阶跃响应。4电液伺服阀大流量动态特性的测试本文介绍的系统是一套高程度自动化的计算机辅助测试系统,它具有如下特点:a)采用定量泵,利用蓄能器组装置,实现大流量动态测试,提高了能源的使用效率,保证试验过程中压力恒定,减少脉动;b)采用自行开发的数字式多功能信号放生器,能够产生幅值和频率可调的各种类型的信号,信号稳定准确,并具有多种操作模式;c)选用进口或国内优质的传感器和二次仪表,测试精度高,性能稳定可靠;d)由计算机直接进行动态试验,无需频率特性动态分析仪,降低了成本,提高了测试的自动化水平;e)由计算机完成测试数据的处理,并计算伺服阀的性能指标,消除了人工读取数据计算性能指标而造成的随机误差。系统采用液压技术、机电一体化技术、仪器技术来完成对电液伺服阀大流量动态特性测试的研究。系统操作界面友好,稳定可靠,能完成测试信号的采集,再通过曲线拟合及