[发明专利]一种位移测量的电液伺服阀动态性能测试方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于位移测量的电液伺服阀动态性能高精度测试方法，属于电液伺服阀的测试技术领域。

背景技术

电液伺服阀能够将电信号转化为液压信号，是电液伺服系统的核心关键元件，广泛应用在航空、航天、冶金、车辆、电力和武器装备等领域。电液伺服阀的动态性能直接影响着伺服系统的品质，而电液伺服阀的动态性能测试一直是测试领域的难点。

电液伺服阀输入信号是电流信号，输出信号是流量信号，其动态特性测试足指输出的流量信号随输入的电流信号频率变化的动态响应关系。一般认为电液伺服阀是一个线性定常系统，若输入电流信号为正弦信号，其输出流量信号也为同频率正弦信号，其幅值和相位随着信号频率的增大而发生衰减和滞后。

由于一直缺乏高灵敏度和高精度的动态流量传感器，因此，电液伺服阀输出流量一般通过无载油缸来进行间接测量。经过特殊设计和精密加工的无载油缸固有频率很高，高压下几乎无泄漏，运动摩擦力很小，因此，可以将无载油缸的运动速度等效于电液伺服阀的动态输出流量。

传统的电液伺服阀动态性能测试采用速度传感器测量无载油缸的动态信号，受到速度传感器固有特性的影响，传统测量方法存在着测试范围狭窄、信号质量受安装精度影响大等问题。同时，由于信号发生器中晶体振荡器和分频器的固有特性，难以精确产生许多特殊的测试频率点，造成了给定信号的频率误差，影响了幅频特性和相频特性的测试精度，特别是高频测试时更加严重。

发明内容

本发明的目的是提出一种位移测量的电液伺服阀动态性能高精度测试方法，有效地解决了传统测试方法存在的问题(需要高精度快响应的速度传感器、测量范围狭窄、某些频率点误差大使得动态性能测试精度低等)，大大简化了测试过程，显著提高了电液伺服阀动态特性测试精度。

本发明采用位移传感器测量无载油缸动态位移，通过对位移信号进行一系列分析处理获得速度信号，计算电液伺服阀的频率特性。位移信号和电流信号首先经过硬件滤波放大，转变成标准电压信号，高速采集卡(板载FIFO)对这两路信号进行高速同步A/D转换，然后对数字信号进行软件数字滤波，并对位移信号进行微分变换和移相处理后得到无载油缸速度信号和对应时刻的电流信号，最后通过相关分析精确计算得到电液伺服阀伺服阀的动态特性。

为了消除信号源产生的正弦信号频率误差，本发明提出了精确频率测试与插值计算相结合的测试方法。首先对测试频率进行误差分析，若频率误差较大，则分别进行精确低频值(小于且距离最近的精确频率点)测试和精确高频值(大于且距离最近的精确频率点)测试，最后对测试结果进行线性插值，计算结果作为特殊频率点的测试结果。本发明有效的消除了信号频率误差，显著提高了电液伺服阀的动态特性特别是相频特性的测试精度。

本发明是这样实现的：

采用位移传感器作为无载油缸运动检测元件，位移信号和电流信号经过硬件滤波放大后，由板载FIFO的高速采集卡对这两路信号进行同步A/D转换，由计算机软件对两路信号进行相同的数字滤波，对位移信号进行微分变换、移相处理后得到无载油缸速度信号，再通过两路信号的相关分析精确计算得到伺服阀的动态特性；

采用自适应均值滤波法，去除噪声信号；在A/D采样速率不变的情况下，不同激励频率下的周期数据量是不一样的，若采样速率为f_s，一个波形周期内最小采样点数为50，则滤波点数K与测试频率f_c存在如下关系：

K≤150fsfc,]]>K≥1

微分处理的作用是根据数字滤波后的位移计算出速度值，其基本原理是根据相邻两点间位移变化量和时间间隔，计算出两点的速度值；若采样速率为f_s，位移数据为S_i，则速度V_i可通过如下公式计算得到：

V_i＝(S_i+1-S_i)f_s