引言

電液伺服閥在電液伺服系統(tǒng)中是將電控制信號轉(zhuǎn)換成液壓功率信號的關(guān)鍵元件,系統(tǒng)的品質(zhì)直接受該閥性能的影響。而且電液伺服閥本其數(shù)學(xué)模型及特性參數(shù)的獲得經(jīng)常需要通過靜態(tài)特性測試和動態(tài)特性測試進(jìn)行。

將 LabVIEW 應(yīng)用在電液伺服閥計算機(jī)輔助測試(CAT)中，簡化測試系統(tǒng)、提高測試系統(tǒng)的開發(fā)效率、增強(qiáng)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，大大降低實(shí)驗(yàn)成本,從而加快電液伺服閥計算機(jī)輔助測試(CAT)系統(tǒng)的研制開發(fā)速度，是電液伺服閥測試實(shí)驗(yàn)的重要分支，也是未來電液伺服閥試驗(yàn)的發(fā)展趨勢。

LabVIEW虛擬儀器開發(fā)平臺

虛擬儀器 (Virtual Instrument)是利用現(xiàn)有的 PC 加上專門設(shè)計的軟件和必備的硬件,完成對被測試量的采集、分析、判斷、顯示、數(shù)據(jù)存儲等，其出發(fā)點(diǎn)是將傳統(tǒng)的硬件儀器軟件化。虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件,體現(xiàn)了“ NI 公司的 LabVIEW 是目前國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，是當(dāng)今主要的虛擬儀器開發(fā)平臺，它繼承了高級編程語言的結(jié)構(gòu)化和模塊化編程的優(yōu)點(diǎn)，支持模塊化與層次化設(shè)計，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計增強(qiáng)了程序的可讀性。與傳統(tǒng)的編程語言相比, LabVIEW 圖形編程方式可以大大節(jié)省程序開發(fā)時間,且其運(yùn)行速度幾乎不受影響。

2系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)分為靜態(tài)特性測試與動態(tài)特性測試兩部分。靜態(tài)特性測試主要完成電液伺服閥壓力特性、流量特性、泄漏特性測試;動態(tài)特性測試主要完成電液伺服閥頻率響應(yīng)測試及譜分析測試，且可直接擴(kuò)展完成電液伺服閥時域階躍響應(yīng)測試。 系統(tǒng)以LabVIEW為平臺，利用其強(qiáng)大的信號分析處理功能，編程實(shí)現(xiàn)虛擬信號發(fā)生器，信號經(jīng)D/A輸出作用到電液伺服閥上，相關(guān)的信號經(jīng)傳感器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過信號調(diào)理電路調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并在LabVIEW平臺上對信號進(jìn)行平滑窗、數(shù)字濾波、非線性校正和標(biāo)定等數(shù)字化處理，對其靜態(tài)特性和動態(tài)特性進(jìn)行分析，分析結(jié)果以圖形化曲線的形式輸出顯示，同時實(shí)驗(yàn)中自動保存數(shù)據(jù)，并生成實(shí)驗(yàn)報告。測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖一所示：

3 靜態(tài)特性測試

如圖二是電液伺服閥靜態(tài)特性測試回路原理。在電液伺服閥的靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該測量的參數(shù)有:輸入電流ｉ、輸出流量q、內(nèi)部泄漏量qr、供油壓力ｐS、負(fù)載腔壓力ｐA、ｐB(yǎng),求得負(fù)載壓差pl=pA-pB等。進(jìn)行靜態(tài)特性測試時，比例節(jié)流閥同計量馬達(dá)串聯(lián),通過D/A輸出控制節(jié)流閥節(jié)流口大小,得到不同的負(fù)載壓力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動加載，完成系統(tǒng)的自動測試。在測量各項特性之前，我們都需要先調(diào)節(jié)溢流閥使供油壓力達(dá)到電液伺服閥的額定壓力。為了保證信號處理的準(zhǔn)確性，控制伺服閥的電流信號經(jīng)過直流伺服放大器驅(qū)動放大后,送入電液伺服閥,由與被試閥線圈串聯(lián)的1Ω精密電阻上取其電壓信號輸入經(jīng)信號調(diào)理電路后進(jìn)行Ａ/Ｄ采集,轉(zhuǎn)換,然后輸入計算機(jī)。實(shí)驗(yàn)期間,信號源產(chǎn)生的信號波形和現(xiàn)場采集的信號,均在顯示器上通過虛擬儀表的軟面板實(shí)時的顯示。

3．1靜態(tài)特性測試方法

1）測量空載流量特性時, CAT系統(tǒng)發(fā)出信號控制比例節(jié)流閥的開口最大,此時可以近似看作油液無損失通過流量傳感器。CAT系統(tǒng)通過虛擬信號源生成頻率為0.05Hz低頻三角波激勵信號掃描，采集被試閥的輸入電流及現(xiàn)場的壓力及流量信號，經(jīng)CAT系統(tǒng)信號分析處理輸出空載流量曲線并求得標(biāo)準(zhǔn)流量增益，滯環(huán)，對稱度，線性度等性能指標(biāo)，生成實(shí)驗(yàn)報告。其函數(shù)表達(dá)式為：±q=f(±i)pl=0 i:三角波掃描。

2）測量壓力增益特性時，CAT系統(tǒng)發(fā)出信號控制比例節(jié)流閥的開口關(guān)死, 實(shí)現(xiàn)負(fù)載的無窮大。CAT系統(tǒng)通過虛擬信號源生成頻率為0.05Hz三角波激勵信號掃描， CAT系統(tǒng)對采集到的壓力信號及被試閥輸入電流分析處理輸出壓力增益特性曲線同時求得壓力增益，零偏等指標(biāo)。其函數(shù)表達(dá)式為：±pl=f(±i)q=0 i:三角波掃描。

3）測量泄漏特性時, CAT系統(tǒng)發(fā)出信號控制比例節(jié)流閥的開口關(guān)死, 實(shí)現(xiàn)負(fù)載的無窮大。CAT系統(tǒng)通過虛擬信號源生成頻率為0.05Hz鋸齒波激勵信號掃描，采集通過回油路的流量傳感器檢測泄漏油液的流量和被試閥的輸入電流，經(jīng)CAT系統(tǒng)分析處理輸出內(nèi)部泄漏特性曲線并求得內(nèi)泄漏量等。其函數(shù)表達(dá)式為：q=f(±i)q=0 i:鋸齒波掃描。

3．2 LabVIEW程序設(shè)計

CAT系統(tǒng)中的靜態(tài)性能測試設(shè)計主要包括虛擬靜態(tài)激勵信號發(fā)生器，信號設(shè)定，信號采集，信號處理，實(shí)驗(yàn)結(jié)果及相應(yīng)信號虛擬儀表等程序設(shè)計。虛擬靜態(tài)激勵信號發(fā)生器產(chǎn)生靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)所需的低頻周期信號，其提供了良好的人機(jī)界面，可實(shí)現(xiàn)信號類型、信號幅值、信號頻率、初始相位、偏移量等各項需要的選擇。如圖三所示為靜態(tài)特性測試程序功能圖。

4 動態(tài)特性測試

如圖四為動態(tài)特性測試回路原理圖，動態(tài)特性測試主要完成電液伺服閥頻率響應(yīng)特性測試及譜分析測試并求得被試閥的幅頻寬，相頻寬等動態(tài)性能指標(biāo)。可擴(kuò)展功能完成電液伺服閥的階躍響應(yīng)測試并求得相應(yīng)時域指標(biāo)。動態(tài)特性測試時,同樣我們也要采集被試閥輸入電流，其原理和靜態(tài)特性測試回路相同。由于伺服無載油缸的速度與閥輸出的流量成正比,通過檢測活塞桿一端帶動的速度傳感器的輸出電壓，從而求得閥輸出流量。為防止被試閥具有原始零偏、油缸加工和裝配時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)動時摩擦力不對稱等因素造成的活塞漂移。在活塞桿另一端帶一只位移傳感器,其輸出信號反饋到伺服放大器的輸入端構(gòu)成位置對中反饋環(huán)。

4．1 動態(tài)特性測試方法

采用頻域掃頻法測試時，保持系統(tǒng)為無載測試狀態(tài)下，CAT系統(tǒng)通過虛擬信號源來產(chǎn)生線性、振幅保持常值的標(biāo)準(zhǔn)正弦掃頻信號,此信號經(jīng)過伺服放大器轉(zhuǎn)換成被試閥線圈中正弦變化的電流信號。從電阻上取其電壓信號輸入給A/D進(jìn)行采集。同時,伺服閥的輸出流量,通過安裝在伺服油缸上的速度傳感器獲得，系統(tǒng)對電液伺服閥的輸入信號和輸出信號進(jìn)行快速傅立葉變換,求得輸出與輸入信號的振幅比隨頻率的變化得到系統(tǒng)的幅頻特性；輸出與輸入信號之間的相位差隨頻率的變化得到相頻特性,輸出波德圖(Bode)，求出被試閥的幅頻寬和相頻寬指標(biāo)。當(dāng)需要在線有載情況下進(jìn)行測試時，采用譜分析測試，它是以偽隨機(jī)信號作為激勵信號，求其互功率譜和自功率譜的比后得到被測閥的頻率特性，輸出波德圖(Bode)，求得被試閥的幅頻寬及相頻寬指標(biāo)。

4．2 LabVIEW程序設(shè)計

與靜態(tài)特性測試的激勵信號不同, 虛擬動態(tài)信號發(fā)生器可輸出譜分析測試所需的寬帶偽隨機(jī)信號和頻率響應(yīng)測試所需的正弦掃頻信號作為激勵信號源,試驗(yàn)可任選其一。動態(tài)特性測試是在虛擬動態(tài)信號發(fā)生器向伺服閥發(fā)送頻率連續(xù)變化的正弦頻率信號或偽隨機(jī)白噪聲信號,同時采集伺服閥的輸入電壓信號及系統(tǒng)的動態(tài)流量信號,經(jīng)過數(shù)字信號處理繪制出波德圖(包括幅頻特性曲線、相頻特性曲線),求得動態(tài)指標(biāo)，生成實(shí)驗(yàn)報告。動態(tài)特性測試模塊功能框圖(略可向作者索取)。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)高度集成，對電液伺服閥的動態(tài)測試、靜態(tài)測試，以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理都是通過一臺計算機(jī)完成的；系統(tǒng)加載采用比例節(jié)流閥,節(jié)省人力和實(shí)驗(yàn)時間；繪制測試曲線及測量計算線性度和滯環(huán)寬度等各項性能指標(biāo)非常方便，提高了精度；所有實(shí)驗(yàn)所需的輸入信號,均由計算機(jī)的虛擬信號源產(chǎn)生,簡化實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如超低頻信號發(fā)生器、頻響分析儀等)；實(shí)驗(yàn)過程中的壓力、流量、輸入電流等信號,均通過虛擬儀器的軟面板顯示,簡化實(shí)驗(yàn)儀表(如壓力表、流量表、電流表等)，大大減少了成本。 另外，在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上無須添加硬件，通過編程就可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展。