TY-4 電液伺服測試試驗臺|液壓氣動傳動PLC實驗裝置

液壓伺服控制技術是隨著液壓傳動技術發(fā)展和應用而發(fā)展起 來的的新型液壓控制技術。其控制精度和響應的快速性遠遠高于普通的液壓傳動，在現(xiàn)代工業(yè)生產中被廣泛采用。

在液壓技術實驗教學環(huán)節(jié)中，伺服閥的靜態(tài)、動態(tài) 性能測試能夠讓學生直觀的了解伺服系統(tǒng)核心元件的性能和主要參數(shù)。

上海上益教學設備制造有限公司設計開發(fā)的TY-4 電液伺服測試試驗臺|液壓氣動傳動PLC實驗裝置可以滿足高等院校、職業(yè)院校的實驗教學及科研開發(fā)要 求。并可以根據(jù)現(xiàn)場的實際需要經升級后增加新的實驗項目，具有良好的可擴展性。

1、實驗內容：
掌握實驗的基本技能，進一步了解機電一體 化技術及計算機輔助測試即CAT技術的應用，提高學生測試技能和動手能力。了解電液伺服閥的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，并掌握其性能測試的實驗分析方法。了解電 液伺服閥控液壓缸系統(tǒng)(開環(huán)、閉環(huán))在正弦輸入和階躍輸入時的響應特性,加深對反饋控制的理解。增加了比例溢流閥、比例電磁換向閥，通過的比例電路控 制比例閥，達到對比例閥的認識及應用。
2、實驗標準：
2.1機械電子工業(yè)部1989年發(fā)布、實施的JB/JQ20233-88《電液伺服閥試驗方法》；
2.2航空工業(yè)部1987年發(fā)布的HB5610《電液流量伺服閥通用技術條件》；
2.3國家標準GB/T15623－1995《電液伺服閥試驗方法》。
3、主要技術參數(shù)
系統(tǒng)額定工作壓力：10Mpa；單泵6.67L/min—單電機1.5KW (進口件) 共2套；泵源AC 380V；控制電壓：DC24V；組合方式搭接。
3.1能夠完成伺服閥的特性實驗、伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制實驗、伺服系統(tǒng)的開環(huán)控制實驗（階躍信號響應、正弦信號響應）等實驗項目
3.2采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可進行實驗數(shù)據(jù)采集、實驗數(shù)據(jù)分析處理、激勵信號發(fā)生、等功能，要求軟硬件齊全、界面友好。數(shù)據(jù)采集板卡采用32通道模擬輸入、16通道數(shù)字輸入和12路模擬輸出。
3.3靜態(tài)流量測量精度<2%，動態(tài)流量測量頻帶寬度>100Hz，壓力測量精度<2%，壓力測量頻帶寬度>100Hz。
3.4 工控機配置：（工業(yè)控制計算機是整個數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的核心。為適應高速采集運算、海量存儲的現(xiàn)代計算機發(fā)展趨勢，可配置一臺基于PIV架構的計算 機：945GZ主板/E2180（酷睿 雙核2.0G）1G DDRII533/集成顯卡、網卡、聲卡/160G SATA/防水抗菌鍵盤/光電鼠標/17寸液晶/三年有限保修三年上門/硬盤保護/DOS系統(tǒng)/一鍵恢復；打印機（彩色噴墨，分辨 率：5760×1400dpi，打印內存：標配內存：48MB；zui大內存：256MB，接口類型：USB2.0）、顯示器和PLC控制器（8位數(shù)字量輸 入，6位數(shù)字量輸出，工作電源：24VDC/4.5A
3.5軟件開放良好性好，提供進行二次開發(fā)的程序接口。
3.6泵站額定流量：6.67L／min；
4、實驗臺的整體設計
電 液伺服閥的靜態(tài)特性包括壓力增益特性、空載流量特性、壓力流量特性、內部泄漏特性等。實驗中應該測量的參數(shù)有：控制流量Q 、供油壓力ps、回油壓力pt、控制口壓力pa 、pb 等。電液伺服閥的動態(tài)特性通常用它的頻率特性或階躍響應特性來表示。實驗借助無載缸完成電液伺服閥的動態(tài)特性的測試。實驗應該測量的參數(shù)有無載缸的位移s 等。
本實驗臺由液壓站、電控部分、立式儀表柜以及數(shù)據(jù)采集工控等四部分組成。電控部分主要是液壓站供電的控制柜，可集成在液壓站前面板上。儀表柜 是液壓站工作參數(shù)的顯示面板，根據(jù)人機工程學原理，儀表柜設計成立式結構，內部安裝高精度儀表及放大器組件，為保證儀表供電穩(wěn)定，儀表柜中安裝高質量穩(wěn)壓 電源及安全保護電路。工控機是整個系統(tǒng)的控制核心，內部安裝高精度數(shù)據(jù)采集卡及標準模擬量輸出單元，它可對整個系統(tǒng)實現(xiàn)CAT，并通過I/O電路對液壓系 統(tǒng)進行遠端控制。工控機配備液晶顯示單元及激光打印輸出單元，可實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)處理和表格曲線打印輸出。
5液壓系統(tǒng)設計
5.1系統(tǒng)構成：
動靜態(tài)特性試驗采用同一試驗臺。在測試靜態(tài)特性時，通過安裝在液壓缸油路上的截止閥來阻斷通往液壓缸的油路。動態(tài)特性測試時則只打開到液壓油缸的通路。
硬 件配置方面：在電液伺服閥的進油口、兩個負載口安裝三個壓力傳感器,獲得壓力參數(shù)并變送輸出。在兩負載口之間設計一整流回路，并安裝渦輪流量計,得到控制 油路流量參數(shù)。比例節(jié)流閥同渦輪流量計串聯(lián)，通過改變節(jié)流閥節(jié)流口的大小，得到不同的負載壓力?；赜吐返牧髁總鞲衅骺蓽y系統(tǒng)的泄漏流量。測試動態(tài)特性時, 由于液壓油缸的速度與閥輸出的空載流量成正比,在活塞桿上加裝速度傳感器，測量速度值乘以相關系數(shù)即可獲得伺服閥的輸出流量。
5.2原理圖



5.3系統(tǒng)動態(tài)缸的定中
由 于被試伺服閥具有原始零偏、液壓油缸由于加工和裝配時的公差配合等原因造成油缸兩腔泄漏不*,活塞與缸筒之間在左右往復運動時摩擦力不對稱等因素,當系 統(tǒng)在正弦信號激勵下,活塞在作往復運動時會逐漸偏離其原始中立位置。因此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來糾正活塞 的偏移。
6、數(shù)據(jù)采集及工控部分設計
CAT實驗臺的特點是全部試驗數(shù)據(jù)都是由計算機自動采集和處理的。試驗時，信號由相應的傳感器檢測， 先送至儀表柜上的二次儀表，二次儀表對傳感器信號進行放大、濾波轉換后，進行數(shù)字顯示，并通過相應的接口電路傳輸給工控機，由測試軟件進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn) 存儲、顯示、報表、打印等功能。同時電磁閥特別是電液伺服閥的動作控制通過計算機用程序來實現(xiàn)。


電氣控制方框圖
6.1 傳感器及二次儀表
根據(jù)國 家標準GB/T15623－1995《電液伺服閥試驗方法》的要求，在電液伺服閥的具體測試試驗項目中，需要測量伺服閥的進出口和兩個控制油口的油液壓 力，進出油口的油液溫度以及流量等試驗數(shù)據(jù)。根據(jù)液壓系統(tǒng)的油液壓力和流量條件選擇壓力、溫度、流量傳感器如下。并根據(jù)各種傳感器的便送輸出情況選擇二次 儀表。并對傳感器和二次儀表的安裝和顯示等條件提出具體要求。
6.2 采集板卡和控制板卡
根據(jù)測試系統(tǒng)的系統(tǒng)功能和要求，整個數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)要實現(xiàn)以下功能：
1傳感器和二次儀表的測試數(shù)據(jù)的輸入
2根據(jù)測試試驗項目的不同，控制相關電磁閥的開閉
3程序控制電液伺服閥的動作和開度
傳感器采集的壓力、溫度、流量等測試數(shù)據(jù)經過二次儀表便送輸出后，通過A/D板接口電路送至工控機，由軟件進行處理。
電磁閥的開閉通過工控機輸出電平信號來控制，經過放大后控制相關電磁閥的動作。
電液伺服閥的動作和開度通過程序手動或者自動實現(xiàn)，將程序輸出的數(shù)字量轉變成模擬量，輸出到電液伺服閥的放大線圈控制電液伺服閥的相關動作。
7、測試軟件
為 了使軟件界面更加友好、操作更加簡單，我們開發(fā)了全中文的基于Window2k和XP操作系統(tǒng)的測試軟件,界面美觀大方，提示信息及其幫助全部為中文，易 于掌握，操作使用方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性和容錯性好。為了便于維護和使用，軟件在設計開發(fā)時采用了模塊化結構以及分層菜單和容錯技術。為提高數(shù)據(jù)采集的精度，程 序中使用了多媒體定時器，采樣精度達到1ms。同時在軟件的編制中采用了多線程技術，采集、顯示和存儲分線程操作，提高采集和顯示的實時性，同時加速代碼 執(zhí)行速度，節(jié)約系統(tǒng)資源。數(shù)據(jù)庫采用SQLSERVER2000便于數(shù)據(jù)的保存和查詢。
在主控模塊中，根據(jù)試驗項目及其擴展功能來設計菜單，測試 軟件的主要菜單內容包括：文件、系統(tǒng)測試、報表管理、技術參數(shù)入庫、設置、工具和幫助等。對于每一個測試項目，通過點擊菜單或者界面上的相關按鍵，程序對 液壓系統(tǒng)的相關電磁閥和電控系統(tǒng)的加載裝置自動進行相關設置，只需要填寫試驗的編號，手動填寫其他相關參數(shù)，即可完成相關的試驗，操作方便，易學易用。用 戶也可在界面上手動設置液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，進行其他一系列擴展試驗，靈活性高。報表管理給用戶和數(shù)據(jù)庫之間建立了一個交互的平臺，可以輕松實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù) 和相關試驗圖線的查詢和打印。設置菜單為用戶提供了更加人性化的功能，如前端顯示、開機自動運行、顯示每日一貼、zui小化至任務欄等。工具菜單則可以使用戶 在不退出檢測系統(tǒng)的情況下輕松調用計算器、記事本、畫圖板等常用工具。
8、測試方法
8.1靜態(tài)特性實驗
8.1.1無載流量特性實驗：
將比例節(jié)流閥的開口調節(jié)至zui大,此時可以看作油液無損失通過。輸入整個額定電流范圍電流，顯示試驗曲線，并由計算機進行數(shù)據(jù)處理及分析，數(shù)字顯示出額定流量（正向與反向）、流量增益（正向與反向）、線性度（正向與反向）、不對稱度、滯環(huán)。
8.1.2壓力增益實驗：
將比例節(jié)流閥的開口關死,實現(xiàn)負載的無窮大?？刂齐娏髟谡擃~定電流范圍變化，顯示兩控制油口的壓力變化情況。
8.1.3負載流量特性實驗：
首 先調節(jié)溢流閥使壓力達到電液伺服閥的額定壓力。信號源產生0. 01Hz 的三角波,幅值由用戶輸入。此信號經過伺服放大器驅動放大后,送入電液伺服閥,計算機發(fā)出信號,通過比例放大器驅動放大后,控制比例節(jié)流閥的開口,以實現(xiàn) 測試系統(tǒng)的外負載?，F(xiàn)場的壓力或流量信號由相應的壓力傳感器和流量傳感器獲得,通過信號調理電路后,進行A/ D 轉換,然后輸入計算機。計算機對數(shù)據(jù)進行處理(傳感器的非線性校正、數(shù)字濾波、曲線擬合) 后,輸出實驗曲線。
8.2動態(tài)特性實驗
8.2.1 頻率響應實驗（亦即動態(tài)特性實驗）：調節(jié)系統(tǒng)壓力至閥的額定壓力。虛擬儀器的信號源產生5－200Hz 的正弦掃頻信號,此信號經過驅動放大后,送入電液伺服閥,與此同時,伺服閥的輸出流量,通過安裝在液壓油缸上的速度傳感器獲得,經信號調理和A/ D 轉換后,輸入計算機。計算機對電液伺服閥的輸入信號和輸出信號進行快速傅立葉變換,得到其幅值比和相位差,輸出波德圖。
自動掃頻測試后，顯示出被試伺服閥頻率響應波德圖，然后數(shù)字顯示幅頻寬（-3db）、相頻寬(-90o)。
8.2.2閥控液壓缸系統(tǒng)階躍響應特性實驗。
只打開接液壓缸的油路閥門，給伺服閥輸入系統(tǒng)在階躍輸入時的響應特性等。
9、測試系統(tǒng)的特點
(1) 系統(tǒng)動靜態(tài)性能測試采用同一個實驗臺,通過相應截止閥的開閉,實現(xiàn)動靜態(tài)性能試驗的切換
(2)全部實現(xiàn)計算機輔助測試及遠程控制，軟件接口開放，可靈活擴展與升級
(3) 系統(tǒng)加載采用比例節(jié)流閥,節(jié)省了人力和實驗時間,且實驗結果精確。
(4) 所有實驗所需的輸入信號,均由計算機的虛擬信號源產生,簡化了實驗設備(如超低頻信號發(fā)生器、頻響分析儀等) 。
(5) 實驗過程中的壓力、流量、輸入電流等信號,均通過虛擬儀器的軟面板顯示,簡化了實驗儀表(如壓力表、流量表、電流表等) 。


TY-4 配置清單

一、液壓實驗臺部分

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