液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、液壓控制系統(tǒng)結(jié)業(yè)論文目錄第一章 引言- 2 -1.1 虛擬儀器技術(shù)- 2 -1.2 CAT技術(shù)在液壓測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用- 3 -1.3 本課題研究目的和意義- 3 -1.4 課題提出及研究方案- 4 -第二章 電液伺服閥特性- 5 -2.1電液伺服閥的組成- 5 -2.1.1 電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器- 5 -2.1.2 液壓放大器- 6 -2.1.3 檢測(cè)反應(yīng)裝置- 6 -2.1.4 伺服閥的特性及測(cè)試原理- 6 -2.2伺服閥的靜態(tài)特性- 6 -負(fù)載流量特性曲線- 7 -空載流量特性曲線- 8 -壓力特性- 9 -靜耗流量特性?xún)?nèi)泄特性- 9 -2.3本章小結(jié)- 10 -第三章 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)- 11

2、 -3.1傳感器- 12 -3.1.1 壓力傳感器的選型- 13 -3.1.2 溫度傳感器選型- 15 -3.1.3 直線位移傳感器- 17 -3.1.4 線速度傳感器- 18 -3.2信號(hào)放大- 19 -3.3流量計(jì)- 20 -3.4數(shù)據(jù)采集設(shè)備- 21 -3.4.1 數(shù)據(jù)采集卡的根本性能指標(biāo)- 22 -數(shù)據(jù)采集卡選型- 22 -3.5本章小結(jié)- 24 -第四章 基于LabVIEW的伺服閥靜態(tài)特性測(cè)試- 25 -4.1 面向儀器和測(cè)控過(guò)程的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)-LabVIEW- 25 -4.1.1 LabVIEW簡(jiǎn)述- 25 -4.1.2 LabVIEW的特點(diǎn)- 25 -4.1.3 LabVIEW

3、的儀器驅(qū)動(dòng)程序- 25 -4.2用LabVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理- 26 -加窗處理- 26 -數(shù)字濾波器- 27 -頻域轉(zhuǎn)換- 29 -4.3靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)軟件及編程- 29 -用LabVIEW設(shè)計(jì)虛擬儀器的方法- 30 -信號(hào)鼓勵(lì)模塊- 32 -數(shù)據(jù)采集模塊- 33 -數(shù)字濾波模塊- 33 -數(shù)據(jù)保存模塊- 33 -4.4本章小結(jié)- 33 -第五章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析- 34 -5.1電液伺服閥的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件- 34 -5.2電液伺服閥的靜態(tài)特性測(cè)試說(shuō)明- 34 -5.3電液伺服閥靜態(tài)特性測(cè)試及試驗(yàn)結(jié)果- 34 -電液伺服閥壓力特性測(cè)試及結(jié)果- 35 -電液伺服閥內(nèi)泄特性測(cè)試及結(jié)果- 36

4、 -5.4本章小結(jié)- 37 -第六章 總結(jié)及展望- 38 -6.1全文總結(jié)- 38 -6.2缺乏和展望- 38 -參考文獻(xiàn)- 39 -對(duì)本課程建議- 41 -第一章 引言1.1 虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器技術(shù)就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化的應(yīng)用。自1986年問(wèn)世以來(lái)，世界各國(guó)的工程師和科學(xué)家們都已將NI LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)工具用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而改善了產(chǎn)品質(zhì)量、縮短了產(chǎn)品投放市場(chǎng)的時(shí)間，并提高了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)效率。使用集成化的虛擬儀器環(huán)境與現(xiàn)實(shí)世界的信號(hào)相連，分析數(shù)據(jù)以獲取實(shí)用信息，共享信息成果，有助于在較大范圍內(nèi)提高生產(chǎn)效率。虛擬儀器提

5、供的各種工具能滿(mǎn)足我們?nèi)魏喂こ绦枰?0年來(lái)，無(wú)論是初學(xué)乍用的新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的程序開(kāi)發(fā)人員，虛擬儀器在各種不同的工程應(yīng)用和行業(yè)的測(cè)量及控制的用戶(hù)中廣受歡送，這都?xì)w功于其直觀化的圖形編程語(yǔ)言。虛擬儀器的圖形化數(shù)據(jù)流語(yǔ)言和程序框圖能自然地顯示您的數(shù)據(jù)流，同時(shí)地圖化的用戶(hù)界面直觀地顯示數(shù)據(jù)，使我們能夠輕松地查看、修改數(shù)據(jù)或控制輸入。 由于電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速開(kāi)展及其在電子測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域中的應(yīng)用，新的測(cè)試?yán)碚?、新的測(cè)試方法、新的測(cè)試領(lǐng)域以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，電子測(cè)量?jī)x器的功能和作用已發(fā)生質(zhì)的變化，其中計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測(cè)試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，導(dǎo)致

6、儀器的結(jié)構(gòu)、概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等也發(fā)生突破性的變化。在上述的背景下，出現(xiàn)了新的儀器概念一虛擬儀器1。美國(guó)國(guó)家儀器公司NINationalInstruments提出的虛擬測(cè)量?jī)x器VI概念，引發(fā)了傳統(tǒng)儀器領(lǐng)域的一場(chǎng)重大變革，使得計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得以長(zhǎng)驅(qū)直入儀器領(lǐng)域，和儀器技術(shù)結(jié)合起來(lái)，從而開(kāi)創(chuàng)了“軟件即是儀器的先河。 “軟件即是儀器這是NI公司提出的虛擬儀器理念的核心思想。從這一思想出發(fā)，基于電腦或工作站、軟件和I/O部件來(lái)構(gòu)建虛擬儀器。I/O部件可以是獨(dú)立儀器、模塊化儀器、數(shù)據(jù)采集板DAQ或傳感器。NI所擁有的虛擬儀器產(chǎn)品包括軟件產(chǎn)品如LabVIEW、GPIB產(chǎn)品、數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品、信號(hào)處理產(chǎn)品、圖像采

7、集產(chǎn)品、DSP產(chǎn)品和VXI控制產(chǎn)品等。虛擬儀器充分利用計(jì)算機(jī)的人機(jī)對(duì)話(huà)功能，完成儀器的各種工作參數(shù)的設(shè)置，如功能、頻段、量程等參數(shù)的設(shè)置，對(duì)測(cè)量結(jié)果的表達(dá)與輸出有多種方式，如屏幕顯示，電、磁、光存儲(chǔ)，繪圖打印，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)?。由于虛擬儀器本身是以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)，具有方便、靈活的互聯(lián)能力，隨著通信技術(shù)、總線技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開(kāi)展與應(yīng)用，虛擬儀器向網(wǎng)絡(luò)方向開(kāi)展，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器的出現(xiàn)是一種必然。它除了必要的硬件接口支持，虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)使用戶(hù)可以借助于Windows系統(tǒng)的遠(yuǎn)程桌面、LabVIEW 的網(wǎng)絡(luò)通信功能、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等，用戶(hù)能很快在Web上發(fā)布虛擬儀器的面板，直接在本地翻開(kāi)并操控虛擬儀器，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)

8、程測(cè)試、診斷和維修。利用DataSocket技術(shù)，用戶(hù)可以和其他有Internet功能的程序迅速建立連接并共享數(shù)據(jù)，而無(wú)需擔(dān)憂(yōu)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和數(shù)據(jù)格式等問(wèn)題。下一代的虛擬儀器工具將能夠快速方便地與藍(lán)牙、無(wú)線以太網(wǎng)或其他標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融。隨著網(wǎng)絡(luò)虛擬技術(shù)的開(kāi)展，“網(wǎng)絡(luò)即儀器將成為新的概念，網(wǎng)絡(luò)化儀器必將推動(dòng)儀器界新的革命3。1.2 CAT技術(shù)在液壓測(cè)試系統(tǒng)中的應(yīng)用微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和普及，極大的推動(dòng)了液壓CAT技術(shù)的應(yīng)用和開(kāi)展。國(guó)外，早在二十世紀(jì)六十年代中期開(kāi)始，許多液壓公司就開(kāi)始可液壓CAT技術(shù)的研究。MOOG公司于1976年發(fā)布了伺服閥計(jì)算機(jī)控制測(cè)試Computer Controlled Test

9、ing的成果，該系統(tǒng)能夠在微機(jī)的控制下自動(dòng)完成控制流量試驗(yàn)、壓力增益試驗(yàn)、負(fù)載流量試驗(yàn)和頻率響應(yīng)試驗(yàn)，還能夠保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、打印實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)。CAT技術(shù)的研究是跟隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和測(cè)試儀器的開(kāi)展與時(shí)俱進(jìn)的。微型計(jì)算機(jī)的操控系統(tǒng)已經(jīng)經(jīng)歷過(guò)DOS，Windows9x，Windows2000，WindowsXP等升級(jí)過(guò)程。CPU也從初級(jí)的80286到現(xiàn)在的Pentium N系列，計(jì)算機(jī)總線從XT總線、ISA總線、PCI總線、到最新的PXI總線。自動(dòng)測(cè)試儀器也有了數(shù)據(jù)采集卡、GPIB,VXI,PXI,等多種類(lèi)型4-5。特別是微型計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的不斷升級(jí)，促使CAT技術(shù)為了適應(yīng)新的要求而不斷改良。

10、近些年來(lái)由美國(guó)國(guó)家儀器公司提出的虛擬儀器的概念，為液壓CAT技術(shù)提供了新的開(kāi)展方向和模式。本課題就是在虛擬儀器思想的指導(dǎo)下，在Windows操作系統(tǒng)上進(jìn)行電液伺服閥的CAT的開(kāi)發(fā)與研究。1.3 本課題研究目的和意義電液伺服閥控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于冶金機(jī)械、航空航天、船舶等重要領(lǐng)域。電液伺服閥作為電液伺服控制系統(tǒng)的核心部件，既是信號(hào)轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，其性能優(yōu)劣直接影響到電液伺服控制系統(tǒng)控制精度、穩(wěn)定性和可靠性。一臺(tái)合格的電液伺服閥必須經(jīng)過(guò)各種儀表對(duì)其參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，這樣才能保證伺服系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在現(xiàn)階段，本課題的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本課題立足國(guó)內(nèi)，以實(shí)用為準(zhǔn)那么，在價(jià)格實(shí)惠的情況下

11、，對(duì)電液伺服閥進(jìn)行測(cè)試，具有很高的性能，防止大而全所帶來(lái)的高昂價(jià)格。用傳統(tǒng)的方法來(lái)測(cè)試電液伺服閥，檢測(cè)準(zhǔn)確性較差，人為因素對(duì)誤差影響較大，檢測(cè)速度較慢。計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試Computer Aided Test簡(jiǎn)稱(chēng)CAT是建立一套計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字控制系統(tǒng)，與試驗(yàn)臺(tái)連接起來(lái)，由計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)試參數(shù)，如壓力、流量、等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、量化和處理并輸出測(cè)試結(jié)果。在測(cè)試過(guò)程中。計(jì)算機(jī)還可以根據(jù)數(shù)字反應(yīng)或人工輸入要求，對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行控制，到達(dá)計(jì)算機(jī)密切跟蹤和控制試驗(yàn)臺(tái)及試件組態(tài)的目的，從而高速、高精度地完成液壓產(chǎn)品的性能測(cè)試6。由上述分析可以看出，本課題的研究將具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)際價(jià)值。1.4 課題提出及

12、研究方案本文的研究對(duì)象為電液伺服閥的靜態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及虛擬儀器在其中的應(yīng)用。目的是設(shè)計(jì)出基于虛擬儀器的電液伺服閥的靜態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)，研究電液伺服閥的靜態(tài)特性測(cè)試的根本理論。因此工作包括電液伺服閥的靜態(tài)特性測(cè)試方法的理論分析、實(shí)驗(yàn)硬件的配置以及虛擬儀器測(cè)試。首先，對(duì)電液伺服閥閥的靜態(tài)特性測(cè)試方案設(shè)計(jì)分析。主要介紹了電液伺服閥的靜態(tài)特性性能指標(biāo)、測(cè)試原理、數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理的根本理論。然后，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的硬件測(cè)試設(shè)計(jì)。主要包括微型計(jì)算機(jī)、傳感裝置、信號(hào)調(diào)理裝置、數(shù)據(jù)采集設(shè)備。重點(diǎn)研究了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的壓力、流量、泄漏流量的測(cè)量方法。第三，進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。主要研究了面向儀器和測(cè)控系統(tǒng)的圖

13、形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW以及本測(cè)試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)方法。第二章 電液伺服閥特性2.1電液伺服閥的組成伺服閥分為有機(jī)液伺服閥、氣液伺服閥和電液伺服閥三大類(lèi)，它們的根本組成局部相同，工程控制中絕大多數(shù)為電液伺服閥。電液伺服閥是電液伺服控制中的關(guān)鍵元件，它是一種接受模擬電信號(hào)后，相應(yīng)輸出調(diào)制的流量和壓力的液壓控制閥。電液伺服閥具有動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、控制精度高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、冶金、化工等領(lǐng)域的電液伺服控制系統(tǒng)中。電液伺服閥是一種自動(dòng)控制閥，它既是電液轉(zhuǎn)換元件，又是功率放大元件，其公用是將小功率的模擬量電信號(hào)轉(zhuǎn)換為隨電信號(hào)大小和極性變化、且速度響應(yīng)的大功率液壓能流量或壓

14、力輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓執(zhí)行器位移或轉(zhuǎn)速、速度或角速度、加速度或角加速度的控制。電液伺服閥的結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1 電液伺服閥的結(jié)構(gòu)圖輸入量電氣局部力矩馬達(dá)力位移轉(zhuǎn)換器前置放大器功率放大器執(zhí)行元件反應(yīng)回路+輸出量電液伺服閥通常由電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器力矩馬達(dá)、液壓放大器先導(dǎo)級(jí)閥和功率級(jí)主閥和檢測(cè)反應(yīng)機(jī)構(gòu)組成的。電液伺服閥系統(tǒng)框圖如圖2.2所示。 圖2.2 電液伺服閥系統(tǒng)框圖 電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器是電液控制閥的直接輸入器件，其功用是將來(lái)自控制放大器的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成力或力矩，去操縱液壓閥閥芯的位移或轉(zhuǎn)角，液壓閥及整個(gè)液壓系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)控制精度，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和工作可靠性，都在很大程度上取決電氣-機(jī)械

15、轉(zhuǎn)換器性能的優(yōu)劣。對(duì)電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的一般要求如下：具有足夠的輸出力和位移；穩(wěn)態(tài)特性好，線性度好，靈敏度高，死區(qū)小，滯環(huán)?。粍?dòng)態(tài)性能好，響應(yīng)速度快;尺墳緊湊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，輸入輸出參數(shù)和連接尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，標(biāo)準(zhǔn)化，在某些情況下要求能在特殊環(huán)境下使用。電氣-機(jī)械轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)繁多，按照作用原量與磁系統(tǒng)特征不同分類(lèi)，主要有：電磁式，感應(yīng)式，電動(dòng)力式，電磁鐵式，永磁式，極化式，動(dòng)圈式，動(dòng)鐵式，直流，交流等。按結(jié)構(gòu)形式與性能特點(diǎn)，主要有開(kāi)關(guān)型電磁鐵，動(dòng)圈式馬達(dá)，力矩馬達(dá)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等。 液壓放大器液壓放大器用于功率放大，通常包括先導(dǎo)級(jí)閥和功率級(jí)主閥。假設(shè)是單級(jí)閥，那么是無(wú)先導(dǎo)級(jí)閥；否那么為多級(jí)閥。先導(dǎo)

16、級(jí)閥又稱(chēng)前置級(jí)，用于接受小功率的電氣機(jī)械轉(zhuǎn)換器輸入的位移或轉(zhuǎn)角信號(hào)，將機(jī)械量轉(zhuǎn)換為液壓力驅(qū)動(dòng)級(jí)主閥；主閥多為滑閥，它將先導(dǎo)級(jí)閥的液壓力轉(zhuǎn)換為流量或壓力輸出。 檢測(cè)反應(yīng)裝置設(shè)在閥內(nèi)部的檢測(cè)反應(yīng)機(jī)構(gòu)將先導(dǎo)閥或主閥控制口的壓力、流量或閥芯的位移反應(yīng)到先導(dǎo)級(jí)閥的輸入端或比例放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)輸入輸出的比擬，解決功率級(jí)主閥的定位問(wèn)題并獲得所需的伺服閥壓力流量性能。常用的反應(yīng)形式有機(jī)械反應(yīng)位移反應(yīng)、力反應(yīng)、液壓反應(yīng)壓力反應(yīng)、微分壓力反應(yīng)等和電氣反應(yīng)。 伺服閥的特性及測(cè)試原理電流和負(fù)載壓力之間的相互關(guān)系主要包括負(fù)載流量特性、空載流量特性和壓力特性，并由此可得到一系列靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)，它可以用特性方程、特性曲線

17、和閥系數(shù)等三種方法表示。2.2伺服閥的靜態(tài)特性電液伺服閥通常包括電氣一機(jī)械轉(zhuǎn)換器、液壓放大器、反應(yīng)機(jī)構(gòu)等局部，因此閥的特性方程通常首先要電磁學(xué)、流體力學(xué)和剛體力學(xué)的根本方程列出各組成環(huán)節(jié)的特性方程，然后經(jīng)過(guò)綜合化簡(jiǎn)才能導(dǎo)出。下面以理想零開(kāi)口四邊滑閥為例，介紹閥的負(fù)載流量方程理想零開(kāi)口四邊滑閥的閥口對(duì)稱(chēng)，各閥口流量系數(shù)相等，油液是理想液體，不計(jì)泄漏和壓力損失，供油壓力恒定不變當(dāng)閥芯從零位向右移時(shí)，那么流入、流出閥的流量、為 公式(2.1) 公式(2.2)穩(wěn)態(tài)時(shí)，那么可得供油壓力，那么有 公式(2.3) 公式(2.4)由上面四個(gè)式子可以得出 公式(2.5)式中 負(fù)載流量； 流量系數(shù)； 滑閥的面積梯

18、度； d滑閥閥芯凸肩直徑： 滑閥位移； 伺服閥供油壓力； 伺服閥負(fù)載壓力；由特性方程可以繪制出相應(yīng)的特性曲線，并由此得到一系列靜態(tài)指標(biāo)參數(shù)。由特性曲線和相應(yīng)的靜態(tài)指標(biāo)可以對(duì)閥的靜態(tài)特性進(jìn)行評(píng)定。負(fù)載流量特性曲線負(fù)載流量特性曲線是輸入不同電流時(shí)對(duì)應(yīng)的流量與負(fù)載壓力構(gòu)成的拋物線簇曲線，如圖2.3所示。負(fù)載流量特性曲線完全描述了伺服閥的靜態(tài)特性但要測(cè)得這組曲線卻相當(dāng)麻煩，特別是在零位附近很難測(cè)出精確的數(shù)值，而伺服閥卻正好在此處工作的所以這些曲線主要用來(lái)確定伺服閥的類(lèi)型和估計(jì)伺服閥的規(guī)格，以便與所要求的負(fù)載流量和負(fù)載壓力相匹配。圖2.3負(fù)載流量特性曲線伺服閥的規(guī)格也可以由額定電流I、額定壓力P、額定流

19、量q來(lái)表示。額定電流I為產(chǎn)生額定流量對(duì)線圈任一極性所規(guī)定的輸入電流不包括零偏電流，以A為單位。規(guī)定額定電流時(shí)，必須規(guī)定線圈的連接形式。額定電流通常指單線圈連接、并聯(lián)連接或差動(dòng)連結(jié)而言。當(dāng)串聯(lián)連接時(shí)，其額定電流為上述額定電流之半。 額定壓力P額定工作條件時(shí)的供油壓力，或稱(chēng)額定供油壓力，以Pa為單位。 額定流量q在規(guī)定的閥壓降下，對(duì)應(yīng)于額定電流的負(fù)載流量，以為單位。通常，在空載條件下規(guī)定伺服閥的額定流量，此時(shí)閥壓降等于額定供油壓力。也可以在負(fù)載壓降等于三分之二供油壓力的條件下規(guī)定額定流量，這樣規(guī)定的額定流量對(duì)應(yīng)閥的最大功率輸出點(diǎn)?？蛰d流量特性曲線 空載流量特性曲線是輸出流量與輸入電流呈回環(huán)狀的曲線

20、，是在給定的伺服閥壓降和零貿(mào)載壓力下，輸入電流在正負(fù)額定電流之間作一完整的循環(huán)，輸出流量點(diǎn)形成的完整連續(xù)變化曲線簡(jiǎn)稱(chēng)流量曲線通過(guò)流量曲線，可以得出電液伺服閥的額定流量、流量增益、非線性度、滯環(huán)、不對(duì)稱(chēng)度、零偏等性能指標(biāo)參數(shù)?？蛰d流量特性曲線如圖2.4所示。 線性度：流量伺服閥名義流量曲線的直線性以名義流量曲線與名義流量增益線的最大偏差電流值與額定電流的百分比表示。線性度通常小于7.5%。 對(duì)稱(chēng)度：閥的兩個(gè)極性的名義流量增益的一致程度。用兩者之差對(duì)較大者的百分比表示。對(duì)稱(chēng)度通常小于10%。 滯環(huán)：在流量曲線中，產(chǎn)生相同輸出流量的往、返輸入電流的最大差值與額定電流的百分比。伺服閥的滯環(huán)一般小于5%

21、。 滯環(huán)產(chǎn)生的原因：一方面是力矩馬達(dá)磁路的磁滯，另一方面是伺服閥中的游隙。磁滯回環(huán)的寬度隨輸入信號(hào)的大小而變化，當(dāng)輸入信號(hào)減小時(shí)，磁滯回環(huán)的寬度將減小游隙是由于力矩馬達(dá)中機(jī)械固定處的滑動(dòng)以及閥芯與閥套間的摩擦力產(chǎn)生的如果油是臟的第那么游隙會(huì)大大增加，有可能使伺服系統(tǒng)不穩(wěn)定。 分辨率：使閥的輸出流量發(fā)生變化所需的輸入電流的最小變化值與額定電流的百分比，稱(chēng)為分辨率通常分辨率規(guī)定為從輸出流量的增加狀態(tài)回復(fù)到輸出流量減小狀態(tài)所需之電流最小變化值與額定電流之比伺服閥的分辨率一般小于1%分辨率主要由伺服閥中的靜摩擦力引起的。 重疊：伺服閥的零位是指空載流量為零的幾何零位伺服閥經(jīng)常在零位附近工作，因此零區(qū)特

22、性特別重要零位區(qū)域是輸出級(jí)的重疊對(duì)流量增益起主要影響的區(qū)域伺服閥的重疊用兩極名義流量曲線近似直線局部的延長(zhǎng)線與零流量線相交的總間隔與額定電流的百分比表示伺服閥的重疊分三種情況，即零重疊、正重疊和負(fù)重疊。 零偏：為使閥處于零位所需的輸入電流值不計(jì)閥的滯環(huán)的影響，以額定電流的百分比表示零偏通常小于3。圖2.4 空載流量特性曲線壓力特性壓力特性是輸出流量為零將兩個(gè)負(fù)載口堵死時(shí)，負(fù)載壓降與輸入電流呈回環(huán)狀的函數(shù)曲線，在壓力特性曲線上某點(diǎn)或某段的斜率稱(chēng)為壓力增益，它直接影響伺服系統(tǒng)的承載能力和系統(tǒng)剮度，壓力增益大，那么系統(tǒng)的承載能力強(qiáng)、系統(tǒng)剛度大、誤差小。壓力特性曲線如圖2.5所示。圖2.5 壓力特性曲

23、線靜耗流量特性?xún)?nèi)泄特性輸出流量為零時(shí)，由回油口流出的內(nèi)部泄漏稱(chēng)為靜耗流量靜耗流量隨輸入電流變化，當(dāng)閥處于零位時(shí)，靜耗流量最大。對(duì)于兩級(jí)伺服閥，靜耗流量由先導(dǎo)級(jí)的泄漏流量和功率級(jí)的泄漏流量?jī)删植拷M成，減小前者將影響閥的響應(yīng)速度；后者與滑閥的重疊情況有關(guān)，較大重疊可以減少泄漏，但會(huì)使閥產(chǎn)生死區(qū)，并可能導(dǎo)致閥淤塞，從而使閥的滯環(huán)與分辨率增大。內(nèi)泄特性曲線如圖2.6所示。圖2.6 內(nèi)泄特性曲線伺服閥的閥系統(tǒng)主要用于系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)分析伺服閥的負(fù)載流量方程是一個(gè)非線性方程，采用線性控制理論對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析時(shí)較為困難，故通常將它進(jìn)行線性化處理，并以增量形式表示為： 公式(2.6) 流量增益流量放大系數(shù)， 流量

24、特性曲線的斜率，表示負(fù)載壓力一定時(shí)，閥單位位移所引起的負(fù)載流量變化的大小。流量增益越大，對(duì)負(fù)載流量的控制越靈敏。 流量壓力系數(shù) ，壓力一流量特性曲線的斜率并冠以負(fù)號(hào)，使其成為正值。流量壓力系數(shù)表示閥的開(kāi)度一定時(shí)，負(fù)載壓降變化所引起的負(fù)載流量變化的大小，它反映了閥的抗負(fù)載變化能為，即越小，閥的抗負(fù)載變化能力越強(qiáng)，亦即閥的剛性越大。 壓力增益也稱(chēng)壓力靈敏度， 壓力特性曲線的斜率。通常，壓力增益表示負(fù)載流量為零時(shí)將控制口關(guān)死時(shí)，單位輸入位移所引起的負(fù)載壓降變化的大小。此值大，閥對(duì)負(fù)載壓降的控制靈敏度高7-9。因此閥方程式也可以寫(xiě)成以下形式 公式(2.7)2.3本章小結(jié)本章主要介紹了電液伺服閥的組成及

25、靜態(tài)特性主要幾個(gè)指標(biāo)，更一步的對(duì)伺服閥的特性進(jìn)行說(shuō)明。 第三章 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本課題設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器的電液伺服閥試驗(yàn)臺(tái)的最大特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服閥的靜態(tài)性能的快速的自動(dòng)檢測(cè)，最大限度地減少人的參與。就要求各被測(cè)量能夠轉(zhuǎn)換為電信號(hào)被自動(dòng)地采集到控制系統(tǒng)程序中，以及控制程序能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)相關(guān)元件的電信號(hào)控制。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，系統(tǒng)中的所有壓力、流量、溫度等信息都要轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸入到控制系統(tǒng)中，一些執(zhí)行元件也要能夠被控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。主要硬件大致包括計(jì)算機(jī)、傳感器、輸入輸出接口電路、計(jì)算機(jī)外設(shè)等。本測(cè)試系統(tǒng)是根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)QJ 2078A1998電液伺服閥靜態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如圖3.1所

26、示。V1調(diào)壓閥； V2負(fù)載節(jié)流閥； V3內(nèi)部泄漏閥； V4回油閥；V5溢流閥； V6控制閥； V7旁通閥； T溫度計(jì)；Ps、P1、P2、Pa壓力傳感器。圖3.1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)QJ 2078A1998 電液伺服閥靜態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置電液伺服閥靜態(tài)實(shí)驗(yàn)裝置分析：計(jì)算機(jī)發(fā)出控制信號(hào)，通過(guò)放大器，使伺服閥線圈工作；液壓系統(tǒng)開(kāi)啟，向伺服閥供油；壓力傳感器PS檢測(cè)進(jìn)油口壓力，壓力傳感器Pa檢測(cè)進(jìn)回油口壓力，壓力傳感器P1、P2檢測(cè)控制口壓力；T1溫度傳感器檢測(cè)液壓油進(jìn)口油溫，T2溫度傳感器檢測(cè)液壓油出口油溫；直線位移傳感器是測(cè)量液壓缸的累積流量，線速度傳感器是測(cè)量液壓缸的瞬時(shí)流量；流量計(jì)是測(cè)量伺服閥回油口的流量。系統(tǒng)

27、靜態(tài)特性的測(cè)試硬件組成如圖3.2所示。采集卡計(jì)算機(jī)放大器壓力傳感器流量傳感器溫度傳感器伺服閥圖3.2 靜態(tài)測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)的原始框圖如下表所示：數(shù) 參 據(jù)數(shù)數(shù) 據(jù)IV最大試驗(yàn)流量l/min63最大試驗(yàn)壓力MPa 14試驗(yàn)精度級(jí)別B3.1傳感器 傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。通常，傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。其中，敏感元件是指?jìng)鞲袊讨心苤苯痈惺芑虮粶y(cè)量的局部；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)局部。傳感器的靜態(tài)特性是指被測(cè)量的值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系，可以用靈敏度、遲滯、線性度、重復(fù)和漂

28、移等表示；傳感器動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性分為瞬態(tài)響應(yīng)特性和頻率響應(yīng)特性10-12。傳感囂組成方框圖如圖3.3所示。敏感元件敏感元件信號(hào)調(diào)理轉(zhuǎn)換電路輔助電源被測(cè)量圖3.3 傳感器組成方框圖 壓力傳感器的選型.1進(jìn)油口壓力傳感器供油口壓力傳感器的選型依據(jù)有兩點(diǎn)：一個(gè)是設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給的最大壓力即伺服閥的最大供油壓力，另一個(gè)是傳感器的精度滿(mǎn)足任務(wù)書(shū)規(guī)定的精度等級(jí)。該傳感器安裝在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)圖上的PS壓力表位置處，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)最大供油壓力14Mpa，精度等級(jí)B級(jí)1.5%，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)DG1300系列普及型壓力傳感器如圖3.4所示。技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍： 018Mpa 環(huán)境溫度：-2085介質(zhì)溫度：

29、-3085供電方式：24VDC上升時(shí)間：5毫秒可達(dá)90%FS輸出形式：兩路輸出輸出信號(hào)：4-20mA準(zhǔn)確度：1.0級(jí)包括非線性、重復(fù)性及遲滯在內(nèi)的綜合誤差零點(diǎn)調(diào)節(jié)：輸出量程的±8%量程調(diào)節(jié)：輸出量程的±20%安裝方式：螺紋連接 M20 x 1.5 圖3.4 DG1300型森納壓力傳感器根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)DG1300型森納壓力傳感器測(cè)伺服閥，采用M20 x 1.5密封螺紋連接，安裝在電液伺服閥的進(jìn)口管道，測(cè)量電液伺服閥的進(jìn)口壓力，測(cè)出來(lái)的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡1和2路進(jìn)行信號(hào)處理。.2回油口壓力傳感器回油口壓力傳感器的作用是檢測(cè)伺服閥出口壓力。它的選型

30、依據(jù)兩點(diǎn)：一是回油箱的被壓和流量計(jì)的壓力損失，另一個(gè)是設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的精度指標(biāo)。該傳感器安裝的在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)圖的Pa壓力表處，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，回郵箱的被壓為0.8Mpa，流量計(jì)的壓力損失在25Mpa時(shí)為5Kpa50Kpa,取最大壓力損失，任務(wù)書(shū)供油壓力為14Mpa，壓力損失為 14/25 x 50kpa =28Kpa 即0.028Mpa.所以回油口的最大壓力為0.028Mpa+0.8Mpa=0.828Mpa 本次設(shè)計(jì)選擇ND-1通用壓力變送器，如圖3.5。技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為: 壓力形式：表壓/絕壓/負(fù)壓 量程：01Mpa 介質(zhì)：氣體、液體及弱腐蝕性介質(zhì) 精度：0.3級(jí) 供電：1236VDC2

31、4VDC 輸出：4mA20mA 負(fù)載電阻：R=U-12.5/0.02-RD 其中：U為電源電壓，RD為電纜內(nèi)阻 過(guò)載能力：200%FS 響應(yīng)時(shí)間：?1ms 接口：M20*1.5或自定 溫度：-2085 防爆等級(jí)：本安型ExiaIICT6圖3.5 ND-1通用壓力變送器根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)ND-1通用壓力變送器測(cè)伺服閥回油口壓力，采用M20x 1.5密封螺紋連接，安裝在電液伺服閥的出口管道上，測(cè)量電液伺服閥的出口壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡3和4路進(jìn)行信號(hào)處理。.3控制口壓力傳感器選型 控制口壓力傳感器的作用是檢測(cè)伺服閥控制壓力。它的選型依據(jù)兩點(diǎn)：一控制口的最大壓力，另一個(gè)是傳感

32、器的精度指標(biāo)。該傳感器安裝的在標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)圖的P1、P2壓力傳感器處，參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，進(jìn)油口的最大壓力Ps為14Mpa，回油口的壓力為0.828Mpa，所以控制口的最大壓力PL為14Mpa-0.828Mpa= 13.172Mpa，所以傳感器選擇DG1300型傳感器如圖3.6。技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為：測(cè)量范圍： 016Mpa 環(huán)境溫度：-2085介質(zhì)溫度：-3085供電方式：24VDC上升時(shí)間：5毫秒可達(dá)90%FS輸出形式：兩路輸出輸出信號(hào)：4-20mA準(zhǔn)確度：1.0級(jí)包括非線性、重復(fù)性及遲滯在內(nèi)的綜合誤差零點(diǎn)調(diào)節(jié)：輸出量程的±8%量程調(diào)節(jié)：輸出量程的±20%安裝方式：螺紋

33、連接 M20 x 1.5 圖3.6 DG1300型森納壓力傳感器根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用兩個(gè)DG1300系列壓力傳感器，測(cè)伺服閥控制口壓力。采用M18x 1.5密封螺紋連接，安裝在電液伺服閥的控制口管道，測(cè)量控制口壓力，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡5和6路、7路和8路進(jìn)行信號(hào)處理。 溫度傳感器選型.1 進(jìn)口溫度傳感器HYDAC賀德克ETS4000系列溫度傳感器是純德國(guó)進(jìn)口，質(zhì)量好精度高，該溫度傳感器不同于普通的溫度傳感器，它有很強(qiáng)的耐壓等級(jí)，非常適用與帶有壓力負(fù)載的測(cè)試場(chǎng)合，尤其是測(cè)量管道內(nèi)壓力液體的溫度。參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，伺服閥進(jìn)口處的油液溫度為40

34、±6，本次設(shè)計(jì)選用兩個(gè)HYDAC賀德克ETS4144-A-000溫度傳感器，技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為： 測(cè)量范圍:-25-100耐壓等級(jí)：600bar1bar=0.1Mpa即60Mpa本次設(shè)計(jì)最大壓力為14Mpa精度等級(jí)：0.5輸出形式：?jiǎn)温份敵鲂盘?hào)：4-20mA連接方式：螺紋連接 M20x1.5圖3.7 HYDAC ETS 4144-A-000ETS 4144-A-000溫度傳感器在測(cè)試系統(tǒng)中，用于出口油溫的測(cè)量。I ETS 4144-A-000溫度傳感器用螺紋鏈接，采用M20 x15密封螺紋安裝在電液伺服閥進(jìn)出口管道處，測(cè)量出油溫電信號(hào)，被信號(hào)采集卡3路采集，傳輸給控制系統(tǒng)。.2 出口

35、溫度傳感器出口溫度傳感器用來(lái)檢測(cè)伺服閥出口油溫，由于伺服閥有功率消耗，出口油溫相比進(jìn)口油溫會(huì)有一定的升高。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)，最大進(jìn)口壓力14Mpa、最大流量64l/min，查閱相關(guān)資料，溫度升高值在35，取最大升高溫度5，選擇IC溫度傳感器溫度傳感器圖3.8。技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為： 耐壓等級(jí)：500bar1bar=0.1Mpa即50Mpa 電源電壓：515V 工作電流：500uA 工作溫度：-2085 溫度靈敏度：100mv/ 精確度：大約1% 安裝方式：焊接IC溫度傳感器在測(cè)試系統(tǒng)中，用于油溫的測(cè)量。IC溫度傳感器用TO-52封裝，安裝在薄壁不銹鋼管內(nèi)，不銹鋼管被焊接到電液伺服閥出口油管壁上，油

36、管內(nèi)安裝前置放大器。測(cè)量出油溫電信號(hào)，被信號(hào)采集卡3路采集，經(jīng)過(guò)比擬處理，傳輸給控制系統(tǒng)。.3 數(shù)字顯示溫度計(jì) 數(shù)字顯示溫度計(jì)功能特點(diǎn)：全程跟蹤顯示、記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、記錄時(shí)間長(zhǎng)。采用微功耗單片機(jī)，整機(jī)功耗小。大屏幕液晶顯示，可實(shí)時(shí)顯示溫度數(shù)據(jù)，直觀明了。同時(shí)顯示存儲(chǔ)容量、電池狀態(tài)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘。采用外接電源時(shí)背光顯示，方便夜間查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。人性化設(shè)計(jì)，安裝方便?？捎勺约涸O(shè)定溫度的報(bào)警上下限；超限時(shí)，內(nèi)部報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警。功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析軟件，簡(jiǎn)單易用。 參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)數(shù)字顯示溫度計(jì)，技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為：傳感器類(lèi)型：PT100外置 測(cè)量范

37、圍：溫度0300° 測(cè)量精度：溫度±1° 分辨率：溫度1 存儲(chǔ)容量：1480034900組記錄間隔：2秒24小時(shí)連續(xù)可調(diào) 通訊接口：RS232 電池規(guī)格：3.6V鋰電池×1 外接電源 DC 12V 1A可供客戶(hù)選擇 整機(jī)功耗 0.11W 主機(jī)適用環(huán)境 -2060圖3.8 數(shù)字顯示溫度計(jì)實(shí)物圖 數(shù)字顯示溫度計(jì)外置于測(cè)試系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)上，通過(guò)RS232通信接口將所測(cè)得的環(huán)境溫度信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)采集卡5路，最終輸送給虛擬儀器控制系統(tǒng)，判定環(huán)境溫度是否符合實(shí)驗(yàn)條件，如不符合，報(bào)警并終止實(shí)驗(yàn)。 直線位移傳感器直線位移傳感器的功能在于把直線機(jī)械位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。為了到達(dá)

38、這一效果，通常將可變電阻滑軌定置在傳感器的固定部位，通過(guò)滑片在滑軌上的位移來(lái)測(cè)量不同的阻值。傳感器滑軌連接穩(wěn)態(tài)直流電壓，允許流過(guò)微安培的小電流，滑片和始端之間的電壓，與滑片移動(dòng)的長(zhǎng)度成正比。將傳感器用作分壓器可最大限度降低對(duì)滑軌總阻值精確性的要求，因?yàn)橛蓽囟茸兓鸬淖柚底兓粫?huì)影響到測(cè)量結(jié)果。參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)PXA拉桿位移傳感器，其實(shí)物圖如圖3.9所示。使用原理：按分壓器使用原理輸出信號(hào)，1、3端為電流正負(fù)極，2端是抽頭，為輸出端，4端為外殼接地。當(dāng)拉桿滑塊位移時(shí)，高精度分布電壓輸出，不受阻值影響。經(jīng)外接A/D芯片轉(zhuǎn)換，有精確的位移長(zhǎng)度

39、的數(shù)字顯示，經(jīng)配套信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，可輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4-20mA。技術(shù)參數(shù)如下： 有效行程規(guī)格mm： 800；機(jī)械行程mm：有效行程+7mm每端緩沖3.5mm電阻K±10%： 106001000mm有效行程； 獨(dú)立線性精度%： 0.046501200mm有效行程；最大容許電壓： DC24V/2K4K； 輸出類(lèi)型： 輸出 4-20mA；解析度：無(wú)限分辨；最大工作速度：10m/s；使用溫度范圍：-60150Cº；安裝方式：安裝支架固定；圖3.9 PXA拉桿位移傳感器實(shí)物圖根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選擇了PXA拉桿位移傳感器。把位移傳感器固定到液壓缸的進(jìn)口端，通過(guò)位移感器可以測(cè)得液壓缸的移

40、動(dòng)的位移，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)采集卡6路采集后，傳輸給虛擬儀器處理。 線速度傳感器線速度傳感器是用來(lái)測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)速度的傳感器，它的輸出電壓和被測(cè)物體運(yùn)動(dòng)速度成線性關(guān)系，因而它被廣泛用于航空、兵器、機(jī)械、儀器儀表、地質(zhì)石油、核工業(yè)等部門(mén)的自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量。該傳感器具有極高的頻率響應(yīng)，可檢測(cè)小模數(shù)齒輪和其它物體的轉(zhuǎn)速，具有穩(wěn)定的工作性能。輸出為方波信號(hào)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。本產(chǎn)品有雙路相位差信號(hào)輸出，可測(cè)量物體的正、反轉(zhuǎn)，能替代旋轉(zhuǎn)編碼器。參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)線速度傳感器，其實(shí)物圖如圖3.10所示。技術(shù)要求如下：線性精度：1%； 靈敏度：1500-

41、200mV/m/s； 測(cè)量速度范圍：0-10m/s；工作溫度：-20-+70； 負(fù)載阻抗：100K；響應(yīng)頻率：0100kHz； 工作電壓：524VDC； 輸出信號(hào)：4-20mA電流；圖3.10 線速度傳感器實(shí)物圖按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)圖，AHC7SD 線速度傳感器同樣采用安裝支架固定在液壓缸的右側(cè)，測(cè)量液壓缸的速度信號(hào)V，并傳送到數(shù)據(jù)采集卡7路。3.2信號(hào)放大本章結(jié)選用的放大器為DFC-型伺服放大器，該伺服放大器具有寬范圍輸出，參數(shù)調(diào)節(jié)方便等功能，適用于多種類(lèi)型電液伺服閥。DFC-型伺服放大器實(shí)物圖如圖3.11所示。伺服放大器是機(jī)電液伺服控制系統(tǒng)的重要組成局部，它與電一機(jī)械轉(zhuǎn)換器相匹配，以改善電液控

42、制元件或系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。伺服放大器系指驅(qū)動(dòng)電液伺服閥的直流功率放大器，其前置級(jí)為電壓放大電路，功率級(jí)為電流放大電路。其負(fù)載通常是伺服電機(jī)、力矩馬達(dá)、動(dòng)圈式力矩馬達(dá)或直流比例電磁鐵伺服放大器的作用是將輸入電壓信號(hào)與反應(yīng)信號(hào)比擬后的偏差信號(hào)加以放大和運(yùn)算，輸出一個(gè)與偏差信號(hào)電壓成一定函數(shù)關(guān)系的控制電流，輸入到伺服電機(jī)電樞或伺服力矩馬達(dá)線圈中去驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)或伺服閥。所選放大器的技術(shù)參數(shù)如下：輸入信號(hào)：型，420mA DC。輸入通道：三個(gè)輸入通道阻抗：型250。死區(qū)可調(diào)節(jié)范圍：1%3%斷信號(hào)識(shí)別：2mA DC電源：?jiǎn)蜗嚯妷?20V 50Hz使用環(huán)境：溫度：050 相對(duì)濕度：<85%大氣壓力

43、：86106KPa周?chē)諝庵袩o(wú)腐蝕性介質(zhì)。圖3.11 DFC-型伺服放大器實(shí)物圖計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集卡采集的壓力、溫度、流量等信號(hào)進(jìn)行處理，所得出的控制信息再經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡8、9、10通道傳輸給伺服放大器放大，放大后的信號(hào)控制電業(yè)伺服閥的工作。3.3流量計(jì)LWGY系列渦輪流量計(jì)是由流量傳感器與顯示儀表組成，是采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)制造的，是液體計(jì)量最理想的流量計(jì)之一。流量計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精確度高、安裝維修使用方便等特點(diǎn)。該產(chǎn)品廣泛用于石油、化工、冶金、供水、造紙、環(huán)保、食品等領(lǐng)域，適用于測(cè)量封閉管道中且無(wú)纖維、顆粒等雜質(zhì)的液體。特別適用于與二次顯示儀、PLC、DCS等計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的配合使用，還可以實(shí)

44、現(xiàn)自動(dòng)定量控制、超量報(bào)警等用途，是流量計(jì)和節(jié)能的理想儀表。LWGY系列渦輪流量計(jì)特點(diǎn)：傳感器軸承為止推式，不僅保證精度，并且提高耐磨性能。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、牢固以及拆裝方便，適用高壓測(cè)量。測(cè)量范圍寬，中大口徑可達(dá)1:20，小口徑為1:10，下限流速低。壓力損失小，重復(fù)性好，短期重復(fù)性可達(dá)0.05%0.2%。精確度高，一般可達(dá)±1%、±0.5%，高精度型可達(dá)±0.2%。參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選一個(gè)LWGYDY15渦輪流量計(jì)，LWGYDY15渦輪流量計(jì)實(shí)物圖如圖3.12所示，技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為：公稱(chēng)通徑：15mm耐壓等級(jí)：25 Mpa

45、本次設(shè)計(jì)所給定的最大壓力為14 Mpa，故滿(mǎn)足要求連接方式：法蘭連接運(yùn)用特制法蘭連接，可以增大耐壓程度介質(zhì)溫度：標(biāo)準(zhǔn)型-2080；高溫型-20120。環(huán)境條件：溫度10+55，相對(duì)濕度5%90%，大氣壓力86106Kpa準(zhǔn) 確 度：特定±11個(gè)。輸出信號(hào)：420mA DC供電電源：+24VDC信號(hào)傳輸線：STVPV3×0.3三線制防爆等級(jí)：ExdIIBT6防護(hù)等級(jí)：IP65流量范圍：0.48m3/h本次設(shè)計(jì)的最大流量為64L/min，約為3.84 m3/h，故滿(mǎn)足要求圖3.12 LWGYDY15渦輪流量計(jì)實(shí)物圖根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)LWGYDY15渦輪流量計(jì)，即流量

46、計(jì)。流量計(jì)精度±1，為安裝在電液伺服閥出口油管道上，測(cè)量電液伺服閥的流量，測(cè)出來(lái)的流量轉(zhuǎn)換成脈沖頻率，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡11、12、13路中，進(jìn)行信號(hào)處理。3.4數(shù)據(jù)采集設(shè)備數(shù)據(jù)采集硬件設(shè)備的選擇取決于它的精度、采樣速率、通道數(shù)、靈活性、可靠性、可擴(kuò)展性以及計(jì)算機(jī)平臺(tái)等條件。 數(shù)據(jù)采集卡的根本性能指標(biāo)使用者在選擇數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，必須對(duì)數(shù)據(jù)采集卡的性能指標(biāo)有所了解。數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)如下。1模擬信號(hào)輸人局部 模擬輸入通道數(shù)該參數(shù)說(shuō)明數(shù)據(jù)采集卡所能夠采集的最多的信號(hào)路數(shù)。 信號(hào)的輸入方式一般待采集信號(hào)的輸入方式有： ·單端輸入：即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。 ·

47、差動(dòng)輸入：即信號(hào)兩端均浮地。 ·單極性：信號(hào)幅值范圍為0，A,A為信號(hào)最大幅值。 ·雙極性：信號(hào)幅值范圍為-A，A。一般的數(shù)據(jù)采集卡都設(shè)有信號(hào)輸入方式的選擇設(shè)置，設(shè)計(jì)者可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。 模擬信號(hào)的輸入范圍量程一般根據(jù)信號(hào)輸入特性的不同單極性輸入還是雙極性輸入有不同的輸入范圍，如對(duì)單極性輸入，典型值為010V，對(duì)雙極性輸入，典型值-5V5V。 放大器增益。 模擬輸入阻抗。采集卡固有參數(shù)，一般不由用戶(hù)設(shè)置。2) A/D轉(zhuǎn)換局部 采樣速率：指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集卡對(duì)模擬信號(hào)的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集卡的重要技術(shù)指標(biāo)。 位數(shù)b：是指A/D轉(zhuǎn)換器榆出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 分辨率與分辨

48、力：指數(shù)據(jù)采集卡可分辨的輸入信號(hào)最小變化量。 精度：一般用量化誤差表示，量化誤差e為L(zhǎng)SB/2。 3) D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換局部 分辨率：指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化即1LSB時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。通常用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換位數(shù)b表示。 標(biāo)稱(chēng)滿(mǎn)量程：指相當(dāng)于數(shù)字量標(biāo)稱(chēng)值的模擬輸出量。 響應(yīng)時(shí)間：指數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應(yīng)數(shù)值范圍(LSB/2)所經(jīng)歷的時(shí)間。以上為數(shù)據(jù)采集卡的主要性能指標(biāo)。對(duì)一些功能豐富的數(shù)據(jù)采集卡，還有定時(shí)計(jì)數(shù)等其它功能，相應(yīng)地還有其它相關(guān)指標(biāo)，這里不再累述。數(shù)據(jù)采集卡選型USB總線供電多功能DAQ，用于自動(dòng)檢測(cè)和配置的即插即用USB，USB總線供電，移動(dòng)性更好，內(nèi)置

49、信號(hào)連接，包括NI-DAQmx、VI Logger Lite數(shù)據(jù)記錄軟件和其他測(cè)量效勞，與LabVIEW、LabWindows/CVI 和Measurement studio for Msual Studio.NET兼容。參照QJ 2078A-1998 電液伺服閥國(guó)家試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，本次設(shè)計(jì)選用一個(gè)USB5935 數(shù)據(jù)采集卡，USB5935 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)物圖如圖3.13所示。USB5935 卡是一種基于 USB 總線的數(shù)據(jù)采集卡，可直接插在計(jì)算機(jī)的 USB 接口上，構(gòu)成實(shí)驗(yàn)室、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心等各種領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集、波形分析和處理系統(tǒng)。也可構(gòu)成工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)。技術(shù)性能參數(shù)指標(biāo)為： &#

50、160; 轉(zhuǎn)換器類(lèi)型：AD7321    輸入量程(InputRange)： 020mA    轉(zhuǎn)換精度：13 位(Bit)，第 13 位為符號(hào)位    采樣速率(Frequency)：AD 芯片轉(zhuǎn)換速率最高為 500KHz(2 微秒/點(diǎn))，不提供精確的硬件分頻功能    軟件通過(guò)率：最高采樣速率(2 微秒/點(diǎn))    物理通道數(shù)：16 路單端    模擬量輸入方式：?jiǎn)味四M輸入   

51、采樣通道數(shù)：軟件可選擇，通過(guò)設(shè)置首通道和末通道實(shí)現(xiàn)    模擬輸入阻抗：10M    通道切換方式：在首末通道間軟件依次切換    數(shù)據(jù)讀取方式：軟件查詢(xún)方式    放大器建立時(shí)間：785nS(0.001%)(max) 非線性誤差：±1LSB(最大)    系統(tǒng)測(cè)量精度：0.1%    工作溫度范圍：0 +50圖3.13USB5935 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)物圖16路通道分配如下：1、2路為壓力傳感器P1和壓力傳感器

52、P2采集信號(hào)，3、4路為溫度傳感器采集信號(hào)，5路為溫度傳感器采集信號(hào)，6路為直線位移傳感器采集信號(hào)，7路為線速度傳感器采集信號(hào)，8、9、10路送給放大器的信號(hào)，11、12、13為流量計(jì)采集信號(hào)。3.5本章小結(jié)本章主要介紹了測(cè)試系統(tǒng)硬件組成，包含數(shù)據(jù)采集卡的介紹、流量計(jì)的選型、還有伺服放大器的功用介紹等。著重介紹了測(cè)試系統(tǒng)的液元件組成。介紹了液壓原理簡(jiǎn)圖、油箱及液壓輔件、回油冷卻回路等。 第四章 基于LabVIEW的伺服閥靜態(tài)特性測(cè)試4.1 面向儀器和測(cè)控過(guò)程的圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)-LabVIEW LabVIEW簡(jiǎn)述 Lab'VIEW(Laboratory Mrtual Instrument

53、Engineering Workbcnch)，即實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工程平臺(tái)，是直觀的前面板與流程圖式的編程方法的結(jié)合，是構(gòu)建虛擬儀器的理想工具。前面板是一個(gè)經(jīng)久的儀器概念，而軟件前面板其實(shí)是自動(dòng)化的拓展，因?yàn)樗鼈儽３至藗鹘y(tǒng)直觀的視覺(jué)和感觀效果。同時(shí)，軟件前面板創(chuàng)立了一個(gè)真正的接口，無(wú)論用戶(hù)使用什么類(lèi)型的硬件，并用不像硬件前面板，軟件前面板只包含了對(duì)于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合很重要的參數(shù)，用戶(hù)能夠很容易地從一個(gè)單一前面板控制多臺(tái)虛擬儀器，并把整個(gè)系統(tǒng)作為一臺(tái)虛擬儀器來(lái)看待。 LabVIEW的特點(diǎn)與常用的編程語(yǔ)言相比，LabVIEW具有以下特點(diǎn)： 圖形化的儀器：編程環(huán)境它使用“所見(jiàn)即所得的可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，

54、針對(duì)測(cè)試、測(cè)量以及過(guò)程控制等領(lǐng)域。LabVIEW提供了面板上所必需的許多顯示和控制對(duì)象，如旋鈕、表頭、圖表等用戶(hù)還可以方便地將現(xiàn)有控制對(duì)象改成適合自己需要的拉制對(duì)象。(2) 內(nèi)置的程序編譯器LabVIEW采用編譯方式運(yùn)行32位應(yīng)用程序，解決了其它按解釋方式工作的圖形編程平臺(tái)速度慢的問(wèn)題，其速度大體相當(dāng)于編譯C的速度。(3) 靈活的程序調(diào)試手段用戶(hù)可以在源代碼的數(shù)據(jù)流上設(shè)置斷點(diǎn)，單步執(zhí)行源代碼，在源代碼的數(shù)據(jù)流上設(shè)置探針，在程序運(yùn)行中觀察數(shù)據(jù)流的變化。(4) 功能強(qiáng)大的庫(kù)函數(shù)LabVIEW提供了大量現(xiàn)成的函數(shù)供用戶(hù)直接調(diào)用，從底層VXI，GPIB、串口及數(shù)據(jù)采集板的控制子程序到大量的儀器驅(qū)動(dòng)程序，從根本的功能函數(shù)到高級(jí)分析庫(kù)涵蓋了儀器設(shè)計(jì)中幾乎所需要的所有函數(shù)。(5) 支持多種系統(tǒng)平臺(tái)LabVIEW支持多