摘要：研究了電液伺服閥自動(dòng)測(cè)試的方法。給出了液壓系統(tǒng)的工作原理，介紹了自動(dòng)測(cè)控單元的硬件構(gòu)成，詳細(xì)論述了軟件設(shè)計(jì)的核心算法和自動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)。 1 前言 電液伺服控制系統(tǒng)在控制領(lǐng)域中占有重要的地位，特別是在大功率、快速、精確的控制系統(tǒng)中起到重要作用。電液伺服閥是其中的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在閥出廠前和維修后進(jìn)行性能測(cè)試是必不可少的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的測(cè)試系統(tǒng)大都由分立的模擬儀表組成，在測(cè)試過程中，一般由模擬儀器在紙上記錄模擬試驗(yàn)曲線或由試驗(yàn)人員記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)進(jìn)行手工處理得到性能指標(biāo)。顯然，該方法工作量大、速度慢、效率低、精度差。 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）技術(shù)在液壓系統(tǒng)測(cè)試中得到了廣泛的應(yīng)用。它具有測(cè)試精度高、速度快、性價(jià)比高、測(cè)試的重復(fù)性和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，有著很好的應(yīng)用前景。 因此，本文基于CAT技術(shù)，研究了實(shí)現(xiàn)電液伺服閥自動(dòng)測(cè)試的方法。 2 自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)工作原理 根據(jù)GB/T15623—1995B標(biāo)準(zhǔn)，電液伺服閥的自動(dòng)測(cè)試需要完成靜態(tài)性能測(cè)試（空載特性、壓力增益特性、負(fù)載特性）和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試（幅頻特性、相頻特性），在性能曲線上直接讀出性能指標(biāo)，并可以把曲線保存成可以隨時(shí)調(diào)用的數(shù)據(jù)文件。液壓測(cè)試原理和國(guó)標(biāo)相同。 自動(dòng)測(cè)試就是利用現(xiàn)代的傳感器技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，原來由試驗(yàn)人員手工單點(diǎn)測(cè)試、讀取模擬儀表、記錄數(shù)據(jù)、描繪曲線的過程用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)迅速地自動(dòng)連續(xù)地對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試、保存數(shù)據(jù)文件并自動(dòng)生成性能曲線，從而得出電液伺服閥的各個(gè)性能指標(biāo)。其中，空載特性、負(fù)載特性、動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試最具代表性。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試功能，測(cè)試系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上分為測(cè)試臺(tái)液壓系統(tǒng)和自動(dòng)測(cè)控單元。 [align=center] 圖1 測(cè)試臺(tái)液壓系統(tǒng)原理圖[/align] 測(cè)試臺(tái)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。在對(duì)電液伺服閥進(jìn)行不同的特性測(cè)試時(shí)閘閥的開關(guān)狀態(tài)如表1所示。閘閥采用手動(dòng)開關(guān)閥可以很好地密封液壓回路，避免電磁開關(guān)閥有時(shí)出現(xiàn)行程不到位的缺點(diǎn)，減少測(cè)試誤差。 電液伺服閥8的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)的自動(dòng)變換由自動(dòng)測(cè)控單元控制，完成空載特性測(cè)試和負(fù)載特性測(cè)試時(shí)被測(cè)閥開口度變換的自動(dòng)化過程。 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)加載，采用比例溢流閥5做背壓閥，自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)負(fù)載壓力，完成壓力增益特性和負(fù)載特性測(cè)試的自動(dòng)化過程，克服了手動(dòng)加載的隨機(jī)干擾和量化不準(zhǔn)確、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)。 [align=center] 表1 閘閥開關(guān)狀態(tài)[/align] 本系統(tǒng)采用液壓缸和位移傳感器的方式計(jì)算電液伺服閥的工作流量，計(jì)算的流量不僅精確，而且克服了大流量流量計(jì)誤差偏大、有最小流量限制的缺點(diǎn)。靜態(tài)缸23在限位開關(guān)22、24和電磁換向閥21的控制下，在靜態(tài)性能測(cè)試時(shí)相當(dāng)于缸有無限長(zhǎng)的行程。對(duì)位移傳感器25的位移信號(hào)進(jìn)行微分與靜態(tài)缸23的有效面積的積即得電液伺服閥的工作流量，流量的正負(fù)由控制被測(cè)閥的電信號(hào)的正負(fù)決定。 動(dòng)態(tài)性能的自動(dòng)測(cè)試采用頻域掃頻法。動(dòng)態(tài)缸12的工作頻率為400Hz，滿足被測(cè)電液伺服閥的動(dòng)態(tài)性能測(cè)試要求。自動(dòng)測(cè)控單元給電液伺服閥0～200Hz的正弦激勵(lì)信號(hào)，根據(jù)位移傳感器20記錄的動(dòng)態(tài)缸的位移規(guī)律，從而得出電液伺服閥的動(dòng)態(tài)特性。 2 基于CAT技術(shù)的自動(dòng)測(cè)控單元 采用“工控機(jī)+DA/AD采集卡”及相應(yīng)的傳感、變換電路組成信號(hào)發(fā)生和采集的典型硬件系統(tǒng)，結(jié)合編制的專用軟件組成電液伺服閥的自動(dòng)測(cè)控單元。 自動(dòng)測(cè)控單元可以自動(dòng)控制被測(cè)閥8和背壓閥5的開口度按測(cè)試要求減小或增大，并記錄保存每個(gè)測(cè)試點(diǎn)的壓力、流量、電流等數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成性能曲線。 2.1 硬件構(gòu)成 電液伺服閥自動(dòng)測(cè)控單元的硬件采用“傳感器+數(shù)據(jù)采集卡+工控機(jī)+電控器”的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。其中的壓力傳感器采用壓阻式傳感器，位移傳感器采用差動(dòng)變壓器式傳感器。A/D數(shù)據(jù)采集卡采用研華的PCL-818L，其采樣速度每通道可達(dá)40kHz，采用差分輸入接線法，有8個(gè)輸入通道，D/A數(shù)據(jù)采集卡采用研華的PCL-726，可以輸出DC±10V，有6個(gè)輸出通道，輸入輸出通道的盈余可以用來檢測(cè)其它液壓系統(tǒng)時(shí)擴(kuò)展之用。該測(cè)試結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是方便靈活，通用性強(qiáng)。 [align=center] 圖3 自動(dòng)測(cè)控程序流程式圖[/align] 圖3是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生自動(dòng)控制信號(hào)和自動(dòng)準(zhǔn)確采集穩(wěn)定數(shù)據(jù)并保存的程序設(shè)計(jì)流程。U1、U2設(shè)定控制液壓閥電壓信號(hào)上、下限，n設(shè)定曲線的測(cè)試點(diǎn)數(shù)。ΔU是自動(dòng)產(chǎn)生控制電壓信號(hào)的變化步長(zhǎng)，大小由（U1-U2）/n決定。U是控制液壓閥的電壓信號(hào)，按U=U2+iΔU的遞增規(guī)律自動(dòng)輸出以控制液壓閥的測(cè)試點(diǎn)變化。q是根據(jù)靜態(tài)缸和位移傳感器計(jì)算所得的被測(cè)閥工作流量。在控制信號(hào)U輸出后，程序內(nèi)設(shè)定了延時(shí)環(huán)節(jié)，其大小可根據(jù)正常液壓閥測(cè)試點(diǎn)變換時(shí)穩(wěn)定時(shí)間來經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，一般為2～5s。當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，系圖3 自動(dòng)測(cè)控程序流程圖統(tǒng)能從數(shù)據(jù)采集卡讀取相應(yīng)的傳感器的穩(wěn)定數(shù)據(jù)，并自動(dòng)保存成數(shù)據(jù)表文件，同時(shí)自動(dòng)生成相應(yīng)的性能曲線。 圖4是根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)自動(dòng)判斷液壓系統(tǒng)是否穩(wěn)定的程序設(shè)計(jì)流程。判斷的依據(jù)是流量的變化和程序的運(yùn)行時(shí)間，算法上通過實(shí)現(xiàn)。a、b是程序運(yùn)行的中間變量，t是計(jì)時(shí)器，n設(shè)定判斷穩(wěn)定時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的點(diǎn)數(shù)，τ設(shè)定判斷穩(wěn)定時(shí)程序的最大運(yùn)行時(shí)間，δ設(shè)定穩(wěn)定信號(hào)允許的誤差，q是靜態(tài)缸的流量。程序中的延時(shí)環(huán)節(jié)決定了所要判斷的n個(gè)點(diǎn)的時(shí)差性，進(jìn)一步保證了流量q的穩(wěn)定性判斷。從自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際工作情況來看，若n取10，延時(shí)40～60ms效果較好。取值太小，不能準(zhǔn)確判斷穩(wěn)定，取值太大，則浪費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。 從以上的程序設(shè)計(jì)核心算法可以看出，該算法通用性強(qiáng)，適用面廣，可以用不同的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來開發(fā)電液伺服閥自動(dòng)測(cè)試的軟件系統(tǒng)。 3 實(shí)驗(yàn) [align=center] 圖4 判斷液壓系統(tǒng)穩(wěn)定的程序流程圖[/align] LabVIEW作為一種比較規(guī)范、成熟的圖形化編程語(yǔ)言，可以方便地開發(fā)出虛擬面板、自動(dòng)控制信號(hào)的產(chǎn)生和實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析、處理和存儲(chǔ)等功能。 為了對(duì)所作的研究做進(jìn)一步的驗(yàn)證，作者基于LabVIEW軟件平臺(tái)，按照以上的測(cè)試方法，對(duì)電液伺服閥自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)做了部分開發(fā)。在搭建的簡(jiǎn)易試驗(yàn)臺(tái)上用型號(hào)為34B-H10/25B電液比例換向閥代替電液伺服閥做了部分性能測(cè)試，所測(cè)的性能曲線如圖5和圖6所示。 [align=center] 圖5 空載流量曲線 圖6 壓力流量曲線[/align] 4 結(jié)論 通過實(shí)驗(yàn)研究表明，本文所述的電液伺服閥自動(dòng)測(cè)試的方法是完全可行的，開發(fā)的系統(tǒng)是穩(wěn)定的，大大提高了測(cè)試精度和測(cè)試速度。另外，該方法還可以靈活地應(yīng)用于其它一些液壓元件及系統(tǒng)的自動(dòng)測(cè)試。