电液伺服阀特性参数、定义、技术术语,如何测试操作。

电液伺服阀特性参数、定义、技术术语,如何测试操作。

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2022-06-23 / 0 评论 / 180 阅读 / 正在检测是否收录...

概述:

 一个电液伺服作动器(舵机)的测试项目,涉及到电液伺服阀的特性参数定义,比如:压力增益 、零位、零偏和零漂、分辨率、内漏、控制流量、空载流量曲线、名义流量曲线、流量增益、名义流量增益、线性度、对称度、滞环、遮盖、瞬态响应、频率响应。
 这一堆堆的概念看的我云里雾里,书面定义的解释往往都比较“冷淡”,但很严禁和准确,仔细想想也能理解,它喜欢用一些逻辑思维和专业术语来描述。但作为我,看完了概念,头脑一阵晕,不知道在讲什么? QQ
 还好,不懂不可怕,但不能妥协,想尽办法搞定它,咱可以进入学习模式...
 电液伺服阀特性,你半天不能理解也算正常,因为这些概念覆盖了:电气、液压、数学等学科,基础还需要很不错,才真正理解学习。
 功夫不负有心人,找到了一片视频资料,讲的很透彻,也很清楚。原视频资源 电液伺服阀特性参数解读 属于腾讯课堂的收费课程,为了尊重作者的辛苦劳作,尊重知识,所以我这里不再共享视频资源了,有兴趣的话,还请支持原作者。当然,我也是付费学习。

正文

 本文,我会根据我的理解,重新进行整理描述,也算时我的笔记了,以下内容不仅仅是视频内容,还进行了一些扩展内容。

压力增益 Pressure Gain

  • 压力增益定义:
     当控制流量为零时,负载压降对输入电流的变化率。
  • 解释:
     将伺服阀的AB口,用压力传感器堵死,给伺服阀输入一个完整的正负信号,让阀芯走完全程,会得出横坐标为输入电流I,纵坐标为AB口压力变化P的曲线:
    然后,我们取±40%额定压力区域内的负载压力和输入电流关系曲线的平均斜率,就是压力增益。
    压力增益曲线.jpg

零位、零偏和零漂 Null,Null Bias,Null Shift

  • 零位定义:
     负载压降为零时,是控制流量为零的输入出级相对几何位移。
  • 解释:
     就是伺服阀没有通电,没有通液(四个油口全部堵死),自然状态下,阀芯的初始位置,就是零位。
  • 零偏定义:
     在规定试验条件下,调好伺服阀的零点,经过一段时间后,由于阀的结构尺寸,组件应力,电性能等可能使它发生微小变化,即输入电流为零时,输出流量不为零,零点发生了变化。为使输出流量为零,必须预置某一电流,即零偏电流。
  • 解释:
     正常情况下,当伺服阀没有输入信号时,伺服阀AB口不应该有流量输出(注意,非泄露的流量),但事实上,当伺服阀存在零偏现象后,伺服阀AB口,总会有流量输出。这就是零偏,为了消除零偏,就需要施加一定的电信号,使得伺服阀AB口没有流量输出,这个施加的电流信号,就是零偏电流。(AB方向取平均值)
  • 如何测试操作:
    A.活塞处于全缩位,观察活塞运动情况,给舵机施加逐渐增加负信号,当活塞开始伸缩,减小电流,活塞停止,记录该电流值;(比如:-0.14mA,参考数据)
    B.活塞处于全伸位,观察活塞运动情况,给舵机施加逐渐增加正信号,当活塞开始缩回,减小电流,活塞停止,记录该电流值;(比如:+0.16mA,参考数据)
    C.将上面A、B步骤的记录值相加,取平均值,就是该舵机的零偏电流值:
    比如:
    零偏
  • 零漂定义
     因压力、温度等工作条件的变化而引气的零偏的变化,以额定电流的百分比表示。
  • 解释:
     受到工作环境(供油压力、回油压力、系统温度)的影响,导致了伺服阀存在了零偏现象,这个就是零漂。判定伺服阀零漂合格的要求:
     一般规定,供油压力变化为供油压力的±20%,零漂值应小于额定电流的2%;
     回油压力从0~0.7MPa变化时,零漂值应小于额定电流的2%;
     温度变化范围从-30~+135℃时,零漂值应小于额定电流的4%;
  • 调零
     超出以上值时,就需要调零的动作,两种方式,一种是电气调零,另一种是机械调零,电气调零很容易理解,这里就不提了,机械调零,见下图,伺服阀专门会有一个调零螺钉,注意,不要超过一圈,如果超过一圈都还没满足要求,那就要另找原因了。
     机械调零其实也很容易理解,就是调整喷嘴挡板的初始偏移角度来进行补偿。 QQ
    伺服阀机械调零

    分辨率(门限/阈值) Threshold

  • 分辨率(门限/阈值)定义:
     是伺服阀的输出产生变化所需的最小输入电流之增量,以额定电流的百分比表示。
  • 解释:
     就是使活塞杆可以移动的最小电流值(伸缩取平均值)和额定电流值的百分比。
  • 如何测试操作:
     伸出活塞位置在3.8-5.1mm(避免活塞在极限位置),
     A.逐渐调节电流,当活塞杆外伸时,记录其电流值和极性,比如-0.01mA(参考数据)
     B.逐渐调节电流,当活塞杆回缩时,记录其电流值和极性,比如+0.03mA(参考数据)
     C.将上面A、B步骤的记录值相减,取平均值,就是该舵机的门限电流值:
    比如:
    阈值

    内漏 Internal Leakage

  • 内漏定义:
     伺服阀控制流量为零时,从进油口到回油口的内部流量,它随进油口压力和输出电流的变化而变化。
  • 解释:
     伺服阀AB口堵死,P口供压,输入信号为零,查看回油口的流量情况。
  • 如何测试:
     对于舵机来说,要分别在三个位置观察泄露情况。
     驱动舵机活塞在中位,保持1分钟,泄露量不应大于984cc/min(参考数据)
     驱动舵机活塞在全伸位,保持1分钟,泄露量不应大于984cc/min(参考数据)
     驱动舵机活塞在全缩位,保持1分钟,泄露量不应大于984cc/min(参考数据)

    控制流量、空载流量曲线、名义流量曲线 CONTROL FLOW,FLOW CURVE,NORMAL FLOW CURVE

  • 控制流量定义:
     从伺服阀的控制油口A或B流出的流量。负载压降为零时的控制流量为空载流量,负载压降部位零时的控制流量称为负载流量。
  • 空载流量曲线定义
     空载控制流量随输入电流在正负额定电流之间做出的一个完整循环的连续曲线。
  • 名义流量曲线
     空载流量曲线中点的轨迹
    名义流量曲线.jpg
  • 解释补充:
     事实上,他并不是一条直线,而是如下图,存在1.无效区2.正常流量区域3.饱和区域,需要说明的是上图,由于空载流量线性度比较好,会很容易误导名义流量曲线是直线,当然,如果空载流量线性度确实很完美,那名义流量曲线就会是接近直线。为啥要反复强调这个问题,是不想让你和名义流量增益曲线搞混,继续往下看。
    名义流量曲线2.jpg

    流量增益、名义流量增益 FLOW GAIN,NORMAL FLOW GAIN

  • 流量增益定义:
     流量曲线的斜率。
  • 解释:
     单位输入伺服阀电流的变化量,施加到伺服阀后,伺服阀所对应的输出流量的变化量,它是在负载压力为零的情况下测得的。伺服阀的流量增益,直接影响着伺服系统中的开环放大系数。
     几何图像表示为空载流量曲线的各点的切线,下图中的黄色切线。
    流量增益.jpg
  • 名义流量增益定义:
     从名义流量曲线的零流量向两极性方向各作一条与名义流量曲线偏差最小的直线,为名义流量增益线
  • 解释:
     图中黄色和蓝色的的直线,注意:并不是一条直线。
    名义流量增益.jpg

    线性度 LINEARITY

  • 线性度定义:
     名义流量曲线的直线性,用名义流量曲线与名义流量增益的最大偏差来衡量,并以额定电流的百分比表示。
  • 解释:
     见下图几何表达,△i除以额定电流的百分比就是线性度。

    对称度 SYMMETRY

  • 对称度定义:
     两个极性的名义流量增益一直的程度,用二者之差对较大者的百分比表示。
  • 解释:
     见下图几何表达,SYMMETRY的计算方法,其中S为名义流量增益线的斜率。
    对称线性.jpg

    滞环 Hysteresis

  • 滞环的定义:
     在正负额定电流之间,以小于测试设备动态特性起作用的速度循环,对于产生相同输出的往与返的输入电流之差的最大值以其与额定电流的百分比表示。
  • 解释:
     几何图像表达,会更直观一些。
    滞环.jpg

    遮盖 LAP

  • 遮盖的定义:
     滑阀位于零位时,固定节流棱边与可动节流棱边轴向位置的相对关系。
  • 解释:
     几何图像表达,下图描述了阀芯和阀体之间的配合关系以及影响流量变化趋势的情况。注意区分清楚,正遮盖,零遮盖和负遮盖。
    遮盖.jpg

    瞬态响应(阶跃响应) Transient response

  • 阶跃响应的定义:
     阶跃信号输入时,输出的跟踪特性。
  • 解释:
     当我们给伺服阀输入一个阶跃信号后,快速记录伺服阀的输出流量对阶跃输入信号的跟踪过程,以时间域的曲线标识出来,这就是伺服阀的瞬态响应。主要研究的是伺服阀的快速性。
    阶跃曲线.jpg
  • 主要指标:
  • 最大超调量:
    最大超调量.jpg
  • 上升时间:
     首次从零到达稳态的时间,如果没有超调的系统而言,从稳态的10%上升到稳态的90%所需要的时间。
    上升时间.jpg
  • 峰值时间:
    峰值时间.jpg
  • 过渡过程时间
    过渡过程时间.jpg
  • 振荡次数:
     响应曲线穿越稳态值次数的一半计算,下图的振荡次数为1
    振荡次数.jpg

    频率响应 FREQUENCY RESPONSE

  • 频率响应的定义:
     当横幅正弦输入信号在规定的频率范围内变化时,控制流量对输入电流的复数比。
    正弦
  • 解释:
     首先我们需要复习一下三角函数:
    三角函数.jpg


 频率特性包括了幅频特性和相频特性,其中,幅频特性用幅频比表示

幅频比 AMPLITUDE RATIO

  • 幅频比定义:
     通常用输出流量幅值Ai与同一输入电流幅值下指定基准低频时(5或者10Hz)的输出流量幅值A0之比随输入电流频率变化的曲线表示。表示:dB = 20 log10(Ai/A0).

     通常以幅值瞬间到-3dB时的频率为幅频宽,为啥是-3dB?
     因为-3dB所对应的幅值比为0.707,也就是说,此时的幅值已经衰减到了70%,在弱的话,输出信号的就太弱了,算是个判定标准。
     说明,以上的是《液压伺服与比例控制》书中的解释,但视频教程给的是输出流量和输入信号幅值的比值。我查阅了英文资料:


     初步认为书中的描述更准确一些,还需要进一步确认落实。

    相频特性 PHASE LAG

  • 相频特性的定义:
     相频特性是输出流量与输入电流的相位差随输入电流频率变化的曲线,以度标识
     下图的φ就是相频特性落后的几何表达,相频为啥要定义90°?
     这表示输出信号比输入信号落后了90°,这是一个及格线,要是再慢,就不合格了。
    幅值相移.jpg

    伯德图 BODE DIAGRAM

    伯德图.jpg
     伯德图可以清晰的表示清楚幅频和相频曲线,上部分是幅频特性曲线,下部分为相频特性曲线,其中0.5表示输入信号为额定输入电流信号的0.5%时的幅频相频特性曲线。50表示表示输入信号为额定输入电流信号的50%时的幅频相频特性曲线。

    幅频和相频意义

参考文档:
SAE ARP490F-2008 Electrohydraulic Servovalves
《液压伺服与比例控制》 宋锦文 陈建文
C.LiVEE | 电液伺服阀特性参数解读 王鑫

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