CN102287419B - 一种舵机伺服阀性能自动测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种舵机伺服阀性能自动测试装置及自动测试方法，装置包括被测舵机、液压系统和电路系统，其特点是液压系统由液压源、舵机供油油路、舵机配平阀供油油路、回油油路组成；电路系统是在被测舵机的伺服阀电流控制电路上安装D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器；并在电液舵机动力活塞的输出端安装位移传感器；在测试中，测控计算机的控制软件根据所选测试项确定的控制规律通过D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器向伺服阀输出电流，控制动力活塞的运动，在采集动力活塞位移的同时，记录伺服阀电流的控制电压、动力活塞的运动时间等数据，然后进行处理和计算，从而自动确定伺服阀的性能是否满足有关指标的要求；其测试自动化程度高，精度高，具有很好的应用和推广前景。
Description
技术领域：
本发明涉及舵机伺服阀性能测试技术领域，具体地讲是一种舵机伺服阀性能自动测试方法。
背景技术：
电液舵机是现代飞机和直升机操纵系统的重要组成部分之一，是自动驾驶仪的执行机构，起着电液转换与液压放大的作用。伺服阀是舵机的核心部件之一，它既是一种电液转换元件，又是一种功率放大元件。伺服阀是机械、电子和液压技术高度结合的精密部件，它综合了电和液压两方面的特点，具有控制精度高、响应速度快、信号处理灵活、输出功率大和结构紧凑等优点。伺服阀性能的优劣直接影响到飞机和直升机操纵系统的精度、稳定性和可靠性。
由于伺服阀的高精密性，以及其在舵机乃至整个操纵系统中的关键地位，伺服阀的测试对于保证伺服阀的性能指标以及保证舵机准确、加速、稳定的工作都有重要意义。在舵机的定检和维修过程中，都需要对其伺服阀进行严格测试，检验性能是否达到有关指标的要求。
舵机伺服阀的测试项目在舵机测试项目所占比例较大，传统测试方法是采用外置伺服阀电流加载装置，通过手动调节，控制伺服阀电流的加载方向和大小，在测试过程中，根据测试要求，通过缓慢旋转“伺服阀电流调节”旋钮和拨动“伺服阀换向”开关，控制伺服阀电流的加载，并通过百分表测量舵机动力活塞的位移，对于需要计时的测试项目采用秒表进行计时，通过这种手动测试方法确定舵机伺服阀的各项性能。这种传统的测试方法自动化程度不高、效率低、测试精度差，另外电流的加载速度在较大程度上影响了测试结果的准确性，测试精度在较大程度上依赖于测试人员的专业技能和测试经验。
发明内容：
本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种舵机伺服阀性能自动测试装置。
本发明的另一目的是提供一种舵机伺服阀性能自动测试方法。
本发明主要解决了现有的手动测试方法确定舵机伺服阀的各项性能自动化程度不高、效率低、测试精度差，另外电流的加载速度在较大程度上影响了测试结果的准确性，测试精度在较大程度上依赖于测试人员的专业技能和测试经验等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种舵机伺服阀性能自动测试装置，它包括被测舵机、液压系统和电路系统，其特殊之处在于液压系统由液压源、舵机供油油路、舵机配平阀供油油路、回油油路组成；电路系统是在被测舵机伺服阀的电流控制电路上安装V/I转换隔离放大器和D/A模拟量输出板卡，以代替传统的伺服阀手动电流调节装置；在舵机的动力活塞的输出端安装位移传感器，以代替传统的百分表，位移传感器与A/D采集卡连接，D/A模拟量输出板卡和A/D采集卡分别与测控计算机连接，测控计算机内预置控制软件，由测控计算机进行数据处理和结果显示并存储。
上述的V/I转换隔离放大器可以实现输入控制电压信号和输出电流信号的转换、隔离和放大作用；输出电流的大小只与控制电压有关，而与与负载无关，即与伺服阀线圈电阻无关，只与输入控制电压信号有关，允许负载线圈电阻在一定范围内波动，而且输出电流的大小与输入控制电压的大小呈线性关系；V/I转换隔离放大器可以实现双极性的输入和输出，输出电流的极性与输入控制电压的极性相同。
本发明的一种舵机伺服阀性能自动测试装置，对于需要计时的测试项目采用控制软件自动计时，以代替传统的秒表手工计时。
本发明的一种舵机伺服阀性能自动测试装置，其所述的液压系统的液压源包括液压油箱、低压油滤、液压泵、电机、溢流阀、蓄能器、单向阀、高压油滤；舵机供油油路包括舵机供油减压阀、舵机供油节流阀和舵机供油压力表；舵机配平阀供油油路包括舵机配平阀供油减压阀、舵机配平阀供油节流阀和舵机配平阀供油压力表；回油油路包括回油压力表和回油油滤。
本发明的装置对舵机伺服阀性能自动测试方法，其特殊之处在于包括如下步骤：
a测试前需对装置中的D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器进行校正，测试时由测控计算机内的控制软件通过D/A模拟量输出板卡输出电压控制信号，该电压控制信号通过V/I转换隔离放大器转换成对应的电流信号，送入被测舵机的伺服阀，控制舵机动力活塞的上下运动；
b动力活塞的位移由位移传感器转换成电压信号并传递给A/D采集卡，A/D采集卡将采集的信号输送给测控计算机；
c测控计算机同时记录伺服阀电流的控制电压数据、动力活塞的位移数据、动力活塞的运动时间数据，然后根据测试数据进行数据处理和计算，从而自动确定伺服阀的平稳性、极性，伺服阀加载正/反向电流及电流归零时动力活塞的位移和漂移量，过载信号下动力活塞的位移，动力活塞正/反向运动启动电流，动力活塞由上极限运动到下极限的时间，动力活塞由下极限运动到上极限的时间，动力活塞上下极限间运动的时间差，最后将处理结果进行显示并存储。
本发明所述的舵机伺服阀性能自动测试方法，测试时允许不同被测舵机的伺服阀线圈阻值存在一定差异，其阻值可在标称值上下20％的范围内波动。
本发明所述的一种舵机伺服阀性能自动测试装置及测试方法与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步：1、采用V/I转换隔离放大器，输出电流只与控制电压有关，而与负载线圈电阻无关，允许负载线圈电阻在一定范围内波动，V/I转换隔离放大器依然能保证线性输出；2、采用控制软件通过D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器控制伺服阀电流的调节，解决了传统手工测试中电流加载步长和加载规律因人而异的问题；3、采用位移传感器测量舵机动力活塞的位移，解决了传统手工测试中采用百分表测量位移容易出现人为差错、读数误差大的问题；4、采用控制软件自动计时，运动计时由CVI软件中的异步定时器完成，解决了传统测试中采用人工启停秒表计时容易出现人为差错、计时误差大的问题；5、可以实现舵机测试中与伺服阀相关测试项目的自动测试、测试结果的显示和存储，以及测试超差项目的提示，可以大幅度提高伺服阀测试的自动化程度、测试效率，同时降低了舵机伺服阀性能测试对测试人员的专业技能和测试经验的依赖程度，大幅度提高了测试的精度和准确度。
附图说明：
图1是本发明的测试原理方框示意图；
图2是本发明的液压系统原理图；
图3是伺服阀平稳性测试流程图；
图4是伺服阀极性测试流程图；
图5是伺服阀加载正向电流时动力活塞的位移及电流归零时的漂移量测试流程图；
图6是伺服阀加载过载信号时动力活塞的位移测试流程图；
图7是动力活塞正向运动启动电流的测试流程图；
图8是动力活塞由上极限运动到下极限的时间测试流程图。
具体实施方式：
为了更好地理解与实施，下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1，参见图1、2，以YD-4型舵机伺服阀性能自动测试为例，选择被测舵机12，然后连接液压系统和电路系统；
液压系统由液压源、舵机供油油路、舵机配平阀供油油路、回油油路组成；液压源包括液压油箱1、低压油滤2、液压泵3、电机4、溢流阀5、蓄能器6、单向阀7、高压油滤8；舵机供油油路包括舵机供油减压阀9、舵机供油节流阀10和舵机供油压力表11；舵机配平阀供油油路包括舵机配平阀供油减压阀13、舵机配平阀供油节流阀14和舵机配平阀供油压力表15；回油油路包括回油压力表16和回油油滤17；将液压油箱1与供油油路低压油滤2连接，供油油路低压油滤2与液压泵3连接，液压泵3分别与电机4、溢流阀5、蓄能器6、单向阀7连接，单向阀7与供油油路高压油滤8、舵机供油油路减压阀9、舵机供油油路节流阀10和舵机供油油路压力表11依次连接，舵机供油油路压力表11与被测舵机12连接；被测舵机12依次通过舵机配平阀供油油路压力表15、舵机配平阀供油油路节流阀14、舵机配平阀供油油路减压阀13与舵机供油油路连接；被测舵机12通过回油油路压力表16和回油油路油滤17与液压油箱1连接；
电路系统是在被测舵机伺服阀18的电流控制电路上安装V/I转换隔离放大器19和D/A模拟量输出板卡20，在舵机12的动力活塞的输出端21安装位移传感器22，将位移传感器22与A/D采集卡23连接，D/A模拟量输出板卡20和A/D采集卡23分别与测控计算机24连接，测控计算机24内预置控制软件，由测控计算机24进行数据处理和结果显示并存储；对于需要计时的测试项目，测控计算机7内预置控制软件自动计时；
以上连接组成本发明的舵机伺服阀性能自动测试装置。
本发明的舵机伺服阀性能自动测试装置，其自动测试方法如下：测试前需对装置中的D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器进行校正；测试时允许不同被测舵机的伺服阀线圈阻值存在一定差异，其阻值可在标称值上下20％的范围内波动；测试时由测控计算机内的控制软件根据当前所选测试项目以确定的控制规律自动通过D/A模拟量输出板卡输出电压控制信号(输出电压-5V～+5V)，然后通过V/I转换隔离放大器将控制电压信号转换为对应的电流信号(输出电流-5mA～+5mA)，伺服阀电流的加载步长根据测试项目确定，通常不超过伺服阀电流加载范围的10％；再送入被测舵机的伺服阀，控制舵机动力活塞的上下运动；动力活塞的位移由位移传感器转换成0～+5V的电压信号，并传递给A/D采集卡，由A/D采集卡送入测控计算机的A/D转换模块；
动力活塞由上极限运动到下极限的时间，动力活塞由下极限运动到上极限的时间等测试项目的计时工作由测控计算机的测控软件自动完成；测控软件采用基于C语言的美国NI公司LabWindows/CVI虚拟仪器软件设计开发，测控软件使用CVI软件中的异步定时器，完成测试过程中的计时和确定数据的采集间隔Δt的工作；然后根据测试数据由测控计算机进行数据处理和计算，从而自动确定伺服阀的平稳性、极性，伺服阀加载正/反向电流及电流归零时动力活塞的位移和漂移量，过载信号下动力活塞的位移，动力活塞正/反向运动启动电流，动力活塞由上极限运动到下极限的时间，动力活塞由下极限运动到上极限的时间，动力活塞上下极限间运动的时间差，最后将处理结果显示并存储。
YD-4型舵机伺服阀平稳性测试流程如附图3所示。
具体包括以下步骤：
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电，并逐步加载伺服阀电流至+4mA，然后逐步加载伺服阀电流至0mA，本测试方法的电流加载步长ΔI通常取0.5mA；
(3)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移，本测试方法数据采集间隔Δt取0.1S；
(4)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定。判断标准为10个位移值中的最大值Smax和最小值Smin之差|Smax-Smin|与稳定判据ΔS进行比较，本测试方法稳定判据ΔS取0.1mm(根据采集卡的分辨率和位移传感器的线性度计算，并进行适当放大)，如果|Smax-Smin|＜ΔS，则认为动力活塞稳定；否则，则认为动力活塞不稳定。如果稳定，则将10个位移值采用防脉冲干扰平均值法进行数字滤波后得到的位移值作为动力活塞的零点S0；如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的位移零点S0；
(5)输出伺服阀电流-0.5mA，稳定3秒钟后，停止给伺服阀供电；
(6)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集动力活塞当前的位移S1；
(7)计算动力活塞的最大漂移量S＝|S1-S0|，最大漂移量不应超过0.25mm，判断其是否满足要求，显示测试结果。
测试相反电流极性条件下伺服阀平稳性时，测试过程与上述过程类似，只是伺服阀电流加载极性相反。
YD-4型舵机伺服阀极性测试流程如附图4所示。
具体包括以下步骤：
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电0mA，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集动力活塞当前的位移S0；
(3)逐步加载伺服阀电流至+2mA(电流加载为逐步加载，加载方法同附图4中的电流加载方法)，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集动力活塞当前的位移S1；
(4)逐步加载伺服阀电流至+4mA(电流加载为逐步加载，加载方法同附图4中的电流加载方法)，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集动力活塞当前的位移S2；
(5)停止给伺服阀供电；
(6)判断加载正向电流时，动力活塞是否向上运动。如果S1＞S0且S2＞S1，则表示动力活塞向上运动，否则表示动力活塞向下运动，显示测试结果。
测试负向电流条件下伺服阀极性时，测试过程与上述过程类似，只是伺服阀电流加载极性相反。
YD-4型舵机伺服阀加载正向电流及电流归零时动力活塞的位移和漂移量测试流程如附图5所示。
具体包括以下步骤：
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电，逐步加载伺服阀电流至+4mA(电流加载为逐步加载，加载方法同附图4中的电流加载方法，本项测试中的其它电流加载也采用同样的加载方法)；
(3)逐步加载伺服阀电流至0mA；
(4)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移(位移采集方法同附图4中的位移采集方法，本项测试中的其它位移采集方法也采用同样的采集方法)；
(5)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的位移零点S0；
(6)逐步加载伺服阀电流，对于高度通道加载至+2mA，对于其它通道加载至+4mA；
(7)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移；
(8)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的当前位置S1，计算加载电流时动力活塞的位移S＝|S1-S0|，对于高度通道位移值应为1.9±0.2mm，对于其它通道位移值应为3.6±0.5mm；如果动力活塞不稳定，计算最大偏移量，偏移量最大值不应超过0.25mm。
(9)逐步加载伺服阀电流至0mA；
(10)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移；
(11)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的当前位置S2，计算电流归零时动力活塞的位移S＝|S2-S0|，位移值不应超过0.25mm；如果动力活塞不稳定，计算最大偏移量，偏移量最大值不应超过0.25mm。
(12)停止给伺服阀供电，显示测试结果。
测试伺服阀加载反向电流及电流归零时动力活塞的位移和漂移量时，测试过程与上述过程类似，只是伺服阀电流加载极性相反。
YD-4型舵机伺服阀加载过载信号时动力活塞位移测试流程如附图6所示。
具体包括以下步骤：
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电，逐步加载伺服阀电流至+5mA(电流加载为逐步加载，加载方法同附图4中的电流加载方法)；
(3)稳定3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移(位移采集方法同附图4中的位移采集方法，本项测试中的其它位移采集方法也采用同样的采集方法)；
(4)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的位移零点S0；
(5)伺服阀电流换向，加载伺服阀电流至-5mA；
(6)稳定10秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移；
(7)停止给伺服阀供电；
(8)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的当前位置S1；
(9)计算电流过载时动力活塞的位移S＝|S1-S0|，显示测试结果。
测试伺服阀加载反向过载信号下动力活塞位移时，测试过程与上述过程类似，只是伺服阀电流加载极性相反。
YD-4型舵机伺服阀的动力活塞正向运动启动电流的测试流程如附图7所示。
具体包括以下步骤：
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电0mA，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移；
(3)测试程序根据采集的位移，自动判断动力活塞是否稳定，如果不稳定，则以最大正向位置作为动力活塞的位移零点S0；
(4)逐步加载伺服阀电流至+1.5mA，伺服阀电流加载步长ΔI取0.1mA；每次电流加载完，等待3秒钟后，通过位移传感器和A/D采集卡自动采集10次动力活塞的位移，经数据处理确定动力活塞当前的位置数据S1；然后将|S1-S0|与运动判据ΔS进行比较，本测试方法运动判据ΔS取0.1mm，如果|S1-S0|＞ΔS，则表示动力活塞开始运动；
(5)显示当首次|S1-S0|＞ΔS对应的电流值Ii，Ii即为伺服阀正向启动电流；如果伺服阀电流加载至+1.5mA，动力活塞还未运动，则表明启动电流要超过+1.5mA，显示测试结果超差；
(6)停止给伺服阀供电。
测试动力活塞正向运动启动电流时，测试过程与上述过程类似，只是伺服阀电流加载极性相反。
YD-4型舵机伺服阀的动力活塞由上极限运动到下极限的时间测试流程如附图8所示。
(1)点击虚拟测试面板上的“自动测试”按钮，开始测试；
(2)测控程序通过D/A输出卡和V/I转换隔离放大器给伺服阀供电，逐步加载伺服阀电流至+4mA(电流加载为逐步加载，加载方法同附图4中的电流加载方法)；
(3)在开启伺服阀开关的同时，将测控程序计时器的计数器Ct归零；此后，每过一个采集周期Δt，Ct的数值自增1，本测试方法的采集周期Δt取0.1S。
(4)动力活塞开始运动后，每经过一个数据采集周期Δt，采集一次动力活塞的位移数据并进行处理；当连续三个数据采集周期的位移差值都小于某一数值ΔS时，则认为动力活塞停止运动，而且是从上述三个数据采集周期中的第1个数据采集周期结束之时停止运动的，计时器停止计时；
(5)计算动力活塞的运动时间，运动时间为(Ct-2)*Δt。
(6)显示测试结果。
测试动力活塞由下极限运动到上极限的时间时，测试过程与上述过程类似，只是动力活塞的起始位置位于下极限。
动力活塞上下极限间运动的时间差是根据测得的上述两个运动时间计算得出的。
本发明的舵机伺服阀性能自动测试方法不仅适用于YD-4型四通道电液舵机伺服阀的性能测试，同样适用于其它类型电液舵机和全电舵机的伺服阀性能测试；其测试项目除上述项目外，还适用于伺服阀性能测试中涉及伺服阀电流加载、活塞位移测量和运动计时的其它测试项目。
Claims (3)
1.一种舵机伺服阀性能自动测试装置，它包括被测舵机（12）、液压系统和电路系统，所述的液压系统由液压源、舵机供油油路、舵机配平阀供油油路、回油油路组成；其特征在于所述的电路系统是在被测舵机伺服阀（18）的电流控制电路上安装V/I转换隔离放大器（19）和D/A模拟量输出板卡（20），在舵机（12）的动力活塞的输出端（21）安装位移传感器（22），位移传感器（22）与A/D采集卡（23）连接，D/A模拟量输出板卡（20）和A/D采集卡（23）分别与测控计算机（24）连接，测控计算机（24）内预置控制软件，由测控计算机（24）进行数据处理和结果显示并存储。
2.根据权利要求1所述的一种舵机伺服阀性能自动测试装置，其特征在于所述的液压系统的液压源包括液压油箱（1）、低压油滤（2）、液压泵（3）、电机（4）、溢流阀（5）、蓄能器（6）、单向阀（7）、高压油滤（8）；舵机供油油路包括舵机供油减压阀（9）、舵机供油节流阀（10）和舵机供油压力表（11）；舵机配平阀供油油路包括舵机配平阀供油减压阀（13）、舵机配平阀供油节流阀（14）和舵机配平阀供油压力表（15）；回油油路包括回油压力表（16）和回油油滤（17）。
3.采用权利要求1或2所述的装置对舵机伺服阀性能自动测试方法，其特征在于包括如下步骤：
a测试前需对装置中的D/A模拟量输出板卡和V/I转换隔离放大器进行校正，测试时由测控计算机内的控制软件通过D/A模拟量输出板卡输出电压控制信号，该电压控制信号通过V/I转换隔离放大器转换成对应的电流信号，送入被测舵机的伺服阀，控制舵机动力活塞的上下运动；
b动力活塞的位移由位移传感器转换成电压信号并传递给A/D采集卡，A/D采集卡将采集的信号输送给测控计算机；
c测控计算机同时记录伺服阀电流的控制电压数据、动力活塞的位移数据、动力活塞的运动时间数据，然后根据测试数据进行数据处理和计算，从而自动确定伺服阀的性能，最后将处理结果进行显示并存储。
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