2.3.2　電液伺服閥試驗(yàn)臺(tái)

電液伺服閥是測(cè)控系統(tǒng)中常用的控制元件，液壓伺服系統(tǒng)在冶金、工程機(jī)械、化工等行業(yè)中應(yīng)用廣泛。伺服閥在使用一定時(shí)間后，由于環(huán)境、磨損、老化等因素，不可避免地會(huì)出現(xiàn)故障而需要維修，維修之后的伺服閥，其各種特性是否能達(dá)到規(guī)定的要求，必須通過一定的動(dòng)、靜態(tài)特性檢測(cè)才能得出結(jié)論。因此，許多大型企業(yè)都根據(jù)自己的需要建有獨(dú)立的伺服閥試驗(yàn)臺(tái)。

（1）液壓測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法

試驗(yàn)臺(tái)可以完成伺服閥的動(dòng)、靜態(tài)特性測(cè)試：靜態(tài)特性測(cè)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、泄漏特性；動(dòng)態(tài)特性測(cè)試主要是伺服閥頻率特性的測(cè)試。以上特性的測(cè)試結(jié)果需要以圖形的方式繪制出來(lái)。圖2-44所示為電液伺服閥動(dòng)、靜態(tài)測(cè)試液壓系統(tǒng)。

測(cè)試時(shí)根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目，分別將被試閥安裝在動(dòng)、靜態(tài)測(cè)試閥板上。在進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試時(shí)，將開關(guān)閥8關(guān)閉，將閥6打開；在進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)，則將開關(guān)閥8打開，將閥6關(guān)閉。

①空載流量特性測(cè)試方法　先將開關(guān)閥18、7關(guān)閉，打開閥17、9，使被試電液伺服閥的兩輸出口A、B之間壓差Δp_L=0。然后向被試閥通入頻率為0.01Hz的三角波電流信號(hào)，電流信號(hào)的大小按照以下規(guī)律變化：由0變到+i_max，再由+i_max變到0，再到-i_max，然后再回到0。由渦輪流量計(jì)16檢測(cè)電流變化過程中的流量，并將測(cè)得的流量值和輸入的相應(yīng)電流值送到計(jì)算機(jī)中去，由計(jì)算機(jī)畫出流量隨電流變化的曲線，即為被試閥的空載流量特性曲線。并可以根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)計(jì)算出閥的流量增益、對(duì)稱性、零漂和滯環(huán)等重要性能。

②負(fù)載流量特性測(cè)試方法　打開開關(guān)閥18、9，關(guān)閉閥17、7，使測(cè)試時(shí)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)壓力小于0.5MPa）可以改變測(cè)試時(shí)負(fù)載壓力，用渦輪流量計(jì)16可以測(cè)量各種負(fù)載工況下的流量。測(cè)試時(shí)，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0.1Hz的三角波電流信號(hào)，然后通過控制比例溢流閥22使負(fù)載壓力從零按一定增量逐漸變化到額定壓力，測(cè)量每一增量下的流量，輸入到計(jì)算機(jī)中。再改變輸入電流的幅值（頻率不變），重復(fù)以上過程，可測(cè)得多組曲線，此即為電液伺服閥的負(fù)載流量特性曲線±q=f（±Δp_L）_i=Cout。

③壓力特性測(cè)試方法　先關(guān)閉開關(guān)閥17、18、7，打開閥9，使被試閥的輸出流量為零，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(cè)得）之和。然后向被試閥線圈通入0.1Hz三角波電流信號(hào)，由計(jì)算機(jī)讀取壓力傳感器14、15的值，即可測(cè)出伺服閥兩輸出口之間的壓差。改變輸入電流信號(hào)的幅值，可測(cè)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±Δp_L=f（±i）_Δq=0。

④泄漏特性測(cè)試方法　先將開關(guān)閥17、18、9關(guān)閉，將閥7打開，調(diào)節(jié)溢流閥3使系統(tǒng)壓力達(dá)到被試閥的額定壓力，然后向被試閥線圈通入激勵(lì)電流，用渦輪流量計(jì)5測(cè)量泄漏流量的大小，并將泄漏信號(hào)和給定的激勵(lì)電信號(hào)經(jīng)采樣輸送到計(jì)算機(jī)，由測(cè)試系統(tǒng)繪出泄漏特性曲線q_r（±i）。

⑤動(dòng)態(tài)特性測(cè)試　根據(jù)國(guó)標(biāo)，電流伺服閥的動(dòng)態(tài)特性主要是指其幅頻特性曲線-3dB時(shí)的幅頻寬和相頻特性曲線-90°時(shí)的相頻寬。測(cè)試時(shí)需要用10個(gè)不同頻率的正弦信號(hào)作為被試閥線圈的激勵(lì)信號(hào)，然后依次測(cè)量其輸出的流量信號(hào)，并濾除流量信號(hào)中與激勵(lì)信號(hào)頻率不同的成分后作為被試伺服閥的響應(yīng)信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)經(jīng)采樣分別輸入到計(jì)算機(jī)，由系統(tǒng)測(cè)試軟件求出激勵(lì)信號(hào)的自功率譜G_xx（f）和激勵(lì)信號(hào)與響應(yīng)信號(hào)的互功率譜G_xy（f），由此可得頻率響應(yīng)H（f）=G_xx（f）/G_xy（f）。

動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)先將開關(guān)閥6關(guān)閉，將閥8打開，由獨(dú)立的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生掃頻正弦信號(hào)，經(jīng)放大之后，輸入到伺服放大器，使動(dòng)態(tài)缸產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，根據(jù)安裝在動(dòng)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用于防止動(dòng)態(tài)缸偏離中心位置。

（2）測(cè)試系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)

測(cè)試系統(tǒng)在靜態(tài)特性試驗(yàn)時(shí)需要采集的信號(hào)包括被試伺服閥線圈的電流信號(hào)、進(jìn)油口P的壓力信號(hào)、負(fù)載口A和B的壓力信號(hào)、泄漏口O的壓力信號(hào)、負(fù)載口A和B之間的流量信號(hào)、泄漏口O的流量信號(hào)；動(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)需要采集的信號(hào)有被試閥線圈的電流信號(hào)、速度傳感器輸出的電壓信號(hào)。測(cè)試系統(tǒng)輸出的控制信號(hào)包括比例溢流閥的壓力設(shè)定值、信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的被試閥線圈激勵(lì)信號(hào)。

以上信號(hào)中的被試閥伺服放大信號(hào)為電流信號(hào)，其他信號(hào)為電壓信號(hào)。由于傳感器檢測(cè)的這些信號(hào)通常包含有噪聲或經(jīng)過了調(diào)制，在輸入到測(cè)試計(jì)算機(jī)前，都需要經(jīng)過相應(yīng)的處理，然后才經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，供計(jì)算機(jī)進(jìn)一步使用。測(cè)試中采用獨(dú)立的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，該信號(hào)發(fā)生器由16位單片機(jī)作為核心，可以產(chǎn)生頻率為0～800Hz的三角波、正弦波、方波、線性掃頻正弦波等多種信號(hào)波，供伺服閥測(cè)試所用。信號(hào)發(fā)生器通過RS232與主機(jī)通信，測(cè)試時(shí)由主機(jī)將生成波形的類型、波形的幅值和頻率等參數(shù)告知信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)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(dòng)態(tài)特性測(cè)試時(shí)，同時(shí)將生成的波形數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)，供計(jì)算動(dòng)態(tài)特性使用。測(cè)試系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)如圖2-45所示。

（3）測(cè)試系統(tǒng)軟件

軟件系統(tǒng)的主要功能是完成測(cè)試數(shù)據(jù)的處理和測(cè)試曲線的繪制，因此從功能上劃分，可分為信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、界面管理模塊和負(fù)責(zé)測(cè)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(gè)子模塊，子模塊再調(diào)用基本的函數(shù)庫(kù)函數(shù)，完成各自的功能。

信號(hào)處理模塊是測(cè)試系統(tǒng)最重要的模塊，其子模塊包括數(shù)字濾波、曲線擬合及插值、頻響計(jì)算、誤差補(bǔ)償?shù)取?shù)字濾波可以采用的算法有中值濾波、相關(guān)濾波、限幅濾波等方法，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)的誤差平方和最小。頻響計(jì)算主要包括自相關(guān)計(jì)算和互相關(guān)計(jì)算，采用快速傅里葉變換和反變換實(shí)現(xiàn)快速相關(guān)算法。

通信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(hào)發(fā)生器相互通信子模塊。在測(cè)試前，由操作人員根據(jù)測(cè)試項(xiàng)目，將需要采集的壓力、流量信號(hào)的通道號(hào)及信號(hào)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)和通信函數(shù)建立各通道的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并向信號(hào)發(fā)生器輸出參數(shù)，同時(shí)啟動(dòng)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(shí)間讀取各緩沖區(qū)數(shù)據(jù)，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(fù)責(zé)靜、動(dòng)態(tài)特性曲線的繪制，由各特性曲線子模塊調(diào)用Plot（ ）函數(shù)完成。輔助功能模塊包括測(cè)試數(shù)據(jù)的格式化輸出到文件以及測(cè)試文檔和數(shù)據(jù)的打印。

整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)采用微軟公司的VC6.0開發(fā)，其總體操作流程如圖2-46所示。

（4）測(cè)試舉例

表2-5是MOOG公司生產(chǎn)的D072-386伺服閥經(jīng)維修后的檢測(cè)生成的試驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告中列出了伺服閥的主要試驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值。