CN107288953B - 一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法及其测试系统 - Google Patents

Abstract

可变阻尼的伺服油缸性能测试方法及系统，包括步骤：1)收集AGC(Automatic Gage Control)伺服油缸轧机系统的阻尼比：ξ_h；2)设置中间垫块，收集加载机架内液压侧撑板与中间垫块间的库伦摩擦阻尼系数：C₀，收集加载阻尼液压缸参数：D₁/d₁‑l₁；3)设定初始电磁比例减压阀的压力值：P₀；4)计算中间垫块与侧撑板之间的库伦摩擦阻尼力：F_f0；5)辨识测试系统的阻尼比：ξ₀；6)改变电磁比例减压阀的压力：P₁，再辨识测试系统的阻尼比：ξ₁；7)重复步骤6)，辨识测试系统的阻尼比为：ξ_i；8)比较测试系统的阻尼比ξ_i与轧机系统的阻尼比ξ_h；9)推算此时电磁比例压力阀的压力值P_i：10)调整电磁比例减压阀压力值：P_h，即，使得测试系统的阻尼比ξ_i与轧机系统的阻尼比ξ_h相等，再对AGC伺服油缸进行静、动态性能测试。本发明操作简便，测试精度高。

Description

一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法及其测试系统

技术领域

本发明涉及液压伺服油缸测试领域，尤其是，本发明涉及一种适用于对板带轧机液压压下或推上伺服油缸的静态和动态性能进行测试的测试方法及其测试系统。

背景技术

本发明涉及液压设备的在线静态、动态测试方法，尤其适用于冶金行业的板带轧机厚度自动控制AGC(Automatic Gage Control)系统液压压下或推上伺服油缸的动、静态测试。检索词包括液压缸(Hydraulic cylinder)、测试(Test)。

在现代轧钢设备中，轧机的辊缝的调节是利用液压伺服系统来完成的。液压伺服阀油缸是轧机压下液压伺服系统的关键元件之一，其性能的好坏直接影响液压伺服系统的正常工作，从而最终影响板带材的质量。现有的对轧机AGC压下或推上伺服油缸的测试主要包括静态测试和动态测试两个方面，静态测试主要包括伺服油缸的内泄漏、外泄漏、带载动摩擦力、启动压力等指标，动态测试主要包括伺服油缸的频宽的测试等。

在伺服油缸的测试过程中，诸如带载动摩擦力测试和动态测试的过程中，往往是将AGC 伺服油缸放在一个封闭的加载机架内，通过加载机架来给AGC伺服油缸来加载。通常，在 AGC伺服油缸测试的过程中，为了保证伺服油缸的伸出杆能够与加载机架的顶端接触，通常在伺服油缸与加载加价之间放上一个中间垫块来保证他们之间的紧密接触，中间垫块的高度根据伺服油缸的规格不同而变化。然而，在AGC伺服油缸的测试过程中，测试系统的阻尼的大小对系统的性能和测试时的准确性有很大的影响，是一个非常重要的参数。而在现有的对 AGC伺服油缸的测试中，测试系统的阻尼基本上是一个不变量、不能够根据伺服液压缸规格的不同而改变，而不同轧机的伺服油缸在工作时的阻尼是不同的，所以测试时的工况与伺服油缸工作时的工况不同，这就对伺服油缸的测试结果造成了很大影响。

为此，针对以上对AGC伺服油缸的测试方法存在的问题，同时结合轧机AGC伺服油缸工作现场的测试过程，本邻域需要一种可变测试系统阻尼的AGC伺服油缸测试方法。所述测试方法可根据所测试AGC油缸实际工作的轧机系统的阻尼比大小，来设定测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等，从而保证测试时的工况与实际油缸在轧机中工作的工况具有一致性，即保证测试系统的阻尼比与轧机系统的阻尼比与相等。这样就能保证测试结果的准确性和实用性，给企业节省很大的设备投资，带来巨大的经济效益。

发明内容

针对现有的对AGC伺服油缸的测试过程中存在的问题，本发明同时结合工作现场的实际测试过程，提出了一种对于不同规格的AGC伺服油缸测试过程，可以根据需要改变测试系统阻尼的一种AGC伺服油缸测试方法，保证测试系统的阻尼比与轧机系统的阻尼比与相等，既能保证测试结果的准确性和实用性，又能节省很大的油缸测试设备投资，可带来显著的经济效益。

本发明提供一种操作简便、自动化程度高、测试精度高和根据需要动态调整系统摩擦阻尼来使测试时的阻尼比值与实际工作时的阻尼比相等的测试原理和测试方法。

为了实现上述发明目的，本发明的可变阻尼的伺服油缸性能测试方法采用以下技术方案：

一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，适用于AGC伺服油缸动态和静态特性测试系统可动态改变测试系统阻尼的测试，采用这样一种测试系统，所述测试系统主要包括：AGC 伺服油缸加载系统、液压伺服系统、信号采集及处理系统，其特征在于，所述测试方法包括步骤如下：

步骤1)收集AGC伺服油缸实际工作轧机系统的阻尼比：ξ_h(0<ξ_h<1.0)；

步骤2)设置连接于油缸和测试机架之间、用于传递加载力的中间垫块，收集加载机架内液压侧撑板与中间垫块之间的库伦摩擦阻尼系数：C₀(0<C₀<1.0)，收集加载阻尼液压缸的规格参数：D₁/d₁-l₁；(D₁，d₁，l₁分别表示加载阻尼液压缸的活塞直径、活塞杆直径、活塞最大行程，单位：m)

步骤3)通过工控机、信号处理系统根据工况设定初始电磁比例减压阀的压力值为：P₀(P₀< 测试系统最高工作压力)；

步骤4)计算加载阻尼液压缸无杆腔的面积：

计算中间垫块与侧撑板之间的库伦摩擦阻尼力(单位：牛顿N)：

F_f0＝P₀×A₀×C₀ (2)；

(A₀表示加载阻尼液压缸无杆腔的面积，单位：m²)

步骤5)利用测试信号处理系统对伺服阀发出相应的信号，采集系统的伺服油缸活塞位移、压力信号，根据采集的实验数据，对测试系统采用系统辨识的方法，辨识此时(电磁比例减压阀压力为P₀)测试系统的阻尼比：ξ₀；

步骤6)进一步的，改变电磁比例减压阀的压力为：P₁(单位：Pa)，计算此时中间垫块所受的库伦摩擦阻尼力：F_f1(单位：N)，用系统辨识的方法再次辨识出测试系统的实际阻尼比：ξ₁；

步骤7)重复步骤6)，测试出一系列电磁比例减压阀的压力：P_i，及其对应的库伦摩擦阻尼力F_fi、辨识实际测试系统的阻尼比为：ξ_i；

步骤8)比较测试系统的阻尼比ξ_i与实际轧机系统的阻尼比ξ_h，直到ξ_h与ξ_i直到ξ_h与ξ_i的相对偏差ε在设定的范围内为止，即ε＝|ξ_h--ξ_i|/ξ_h，这里，取ε<5.0％；

步骤9)通过已测得的测试系统阻尼比ξ_i与库伦摩擦阻尼力F_fi的关系推算出测试系统阻尼比为ξ_h时，对应的库伦摩擦阻尼力的大小为：F_fh，反推计算出此时电磁比例压力阀的压力值：

步骤10)调整电磁比例减压阀压力值为：P_h(P_h<测试系统最高工作压力)，即使测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等，然后再对AGC伺服油缸进行静态和动态的性能测试。

根据本发明所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

在步骤1)，因实际工作轧机系统的阻尼比理论计算往往与实际值存在很大的误差，为获

取实际工作轧机系统的阻尼比，这里采用系统辨识的方法来确定实际轧机系统的阻尼比：ξ_h。

3.在步骤8)，如果实际轧机系统的阻尼比ξ_h与测试系统的阻尼比ξ_i相对偏差在设定的较小范围内，则停止辨识测试系统阻尼比ξ_i；如果ξ_h与ξ_i相对偏差不在设定的范围内则继续重复步骤7)，直到ξ_h与ξ_i相对偏差在设定的范围内为止。

根据本发明所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，在步骤10)之后，对不同AGC伺服油缸的测试，则可以实现测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等，这样使测试系统实现对于不同规格的AGC伺服油缸可变阻尼的效果。

一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统，适用于AGC伺服油缸动态和静态特性测试系统可动态改变测试系统阻尼的测试，所述测试系统包括：AGC伺服油缸加载系统、液压伺服系统、信号采集及处理系统，其特征在于，

所述的加载系统包括：设置于加载机架11内、顺序设置的加载阻尼液压缸7、中间垫块 10、侧撑板13，及位于中间垫块10下部的AGC伺服油缸12等，

所述液压伺服系统为AGC伺服油缸提供动力源，使伺服油缸伸出杆伸出或者缩回，由加载阻尼液压缸对中间垫块进行加载可以改变测试系统所受的摩擦阻力。

根据本发明所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统，其特征在于，

所述加载机架为闭式的加载机架，为AGC伺服油缸提供加载力，使伺服油缸在带有载荷的工况下进行测试，

所述液压伺服系统为伺服油缸提供动力源，液压伺服系统将测试系统的电控信号转变成液压伺服系统的液压信号，来控制伺服油缸的动作和系统各个压力的调整，

所述液压伺服系统包括：液压泵1、溢流阀2、电液伺服阀6、电磁比例溢流减压阀5、电磁比例减压阀3、三位四通电磁换向阀4，

所述的电液伺服阀6将信号处理系统发出的电信号转变成液压信号来控制伺服油缸的位移和压力大小，使之形成闭环控制系统。

根据本发明所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统，其特征在于，

所述的AGC伺服油缸有杆腔输入一个固定压力的液压压力值，伺服油缸有杆腔的压力大小通过电磁比例减压溢流阀5进行设定、调整，

所述的液压阻尼加载液压缸的压力通过电磁比例减压阀3进行动态设定、调整，所以阻尼力大小的改变也是通过电磁比例减压阀来控制，

所述加载阻尼液压缸的加载与卸载过程通过三位四通电磁换向阀4控制，其控制信号通过信号处理系统给定，

整个液压伺服系统的系统压力值通过溢流阀2进行调节，液压泵1为系统提供系统所需的压力及流量。

根据本发明所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统，其特征在于，

所述信号采集及处理系统包括：压力传感器8、磁尺9、信号采集及处理系统、工控机等。进一步的，其特征是采集系统的压力、位移信号，信号处理系统将信号放大、运算，然后给液压控制阀发出相关的指令信号。

所述的加载系统其特征是它主要包括：加载机架加载阻尼液压缸⑦、中间垫块⑩、侧撑板AGC伺服油缸等，进一步的，其特征在于液压伺服系统为AGC伺服油缸提供动力源，使伺服油缸伸出杆伸出或者缩回，闭式的加载机架为AGC伺服油缸提供加载力，使伺服油缸在带有载荷的工况下进行测试。加载阻尼液压缸其特征是通过对中间垫块进行加载从而为测试系统提供测试时的可变阻尼力，最终使测试系统的阻尼比与实际工作轧机的阻尼比相等。

所述的液压伺服系统其特征是它包括液压泵①、溢流阀②、电液伺服阀⑥、电磁比例溢流减压阀⑤、电磁比例减压阀③、三位四通电磁换向阀④等，进一步的，其特征还在于液压伺服系统为伺服油缸提供动力源，液压伺服系统将测试系统的电控信号转变成液压伺服系统的液压信号，来控制伺服油缸的动作和系统各个压力的调整。所述的电液伺服阀⑥将信号处理系统发出的电信号转变成液压信号来控制伺服油缸的位移和压力大小，使之形成闭环控制系统。所述的AGC伺服油缸有杆腔输入一个固定压力的液压压力值，伺服油缸有杆腔的压力大小通过电磁比例减压溢流阀⑤进行设定、调整。

所述的液压阻尼加载液压缸的压力通过电磁比例减压阀③进行动态设定、调整，所以阻尼力大小的改变也是通过电磁比例减压阀来控制。液压阻尼加载液压缸的加载与卸载过程通过三位四通电磁换向阀④控制，其控制信号通过信号处理系统给定。整个液压伺服系统的系统压力值通过溢流阀②进行调节，液压泵①为系统提供系统所需的压力及流量。

所述的信号采集及处理系统其特征是它包括：压力传感器⑧、磁尺⑨、信号采集及处理系统、工控机等。进一步的，其特征是采集系统的压力、位移信号，信号处理系统将信号放大、运算，然后给液压控制阀发出相关的指令信号。

针对在AGC伺服油缸动态、静态测试中的问题，本发明可以根据测试伺服油缸的不同来改变测试系统的阻尼比大小，从而使AGC伺服油缸在测试过程中可根据测试工况和工作轧机的不同改变阻尼的大小，从而更能放映出AGC伺服油缸真实的性能特征，使AGC伺服油缸的静态和动态性能的测试结果更加准确。本发明的成果，可以提高测试结果的精确度，为企业节省更多的测试成本，也为企业带来巨大的经济效益。

附图说明

图1为本发明的一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统原理图。

图2为本发明的一种可变阻尼的伺服油缸性能测试系统的液压阻尼加载液压缸、侧撑板与加载机架的连接形式示意图。

图中，1为液压泵，2为溢流阀，3为电磁比例减压阀，4为三位四通电磁换向阀，5为电磁比例溢流减压阀，6为电液伺服阀，7为设置于加载机架11内的液压阻尼加载液压缸，8为压力传感器，9为磁尺，10为中间垫块，11为加载机架，12为位于中间垫块10下部的AGC 伺服油缸，13为侧撑板。

具体实施方式

实施例

为了进一步说明本发明技术的应用过程，以某一规格的AGC伺服油缸的测试为例，详细介绍AGC伺服油缸可变阻尼的测试方法：

a)在变阻尼加载系统中，给出侧撑板与液压阻尼加载液压缸与测试机架的一种连接形式如图 2所示(不局限于这种形式)：

b)收集AGC伺服油缸工作轧机系统的液压阻尼比：ξ_h；

b1)实际工作轧机系统的阻尼比理论计算往往与实际值存在很大的误差，所以，为了获取实际工作系统的阻尼比，这里采用系统辨识的方法来确定实际轧机系统的阻尼比：

ξ_h＝0.52；

c)收集加载机架内液压侧撑板与中间垫块之间的摩擦阻尼系数：C₀＝0.3，收集液压阻尼加载液压缸的规格参数活塞直径D₁、活塞杆直径d₁、活塞最大行程l₁：

b1)计算加载阻尼液压缸无杆腔的面积：

d)通过工控机、信号处理系统根据工况设定初始比例减压阀③的压力值为：P₀＝3.0×10⁶Pa；

e)计算中间垫块与侧撑板之间的库伦摩擦阻尼力：

F_f0＝P₀×A₀×C₀＝3×10⁶×0.00785×0.3＝7.065×10³N (5)

f)利用测试信号处理系统对伺服阀发出信号，采集系统的位移、力信号，根据采集的实验数据，通过系统辨识的方法，辨识出测试系统此时(压力P₀＝3.0×10⁶Pa)的阻尼比：ξ₀＝0.3；

g)进一步的，增大比例减压阀③的压力为：P₁＝4.0×10⁶Pa，计算此时中间垫块所受的库伦摩擦阻尼力为：F_f1＝9.420×10³N，用系统辨识的方法再次辨识出测试系统的实际阻尼比为：ξ₁＝0.45；

h)重复f)步骤，测出一系列比例减压阀③的压力：P₂＝5.0×10⁶Pa，及其对应的库伦摩擦阻尼力F_f2＝11.775×10³、辨识实际测试系统的阻尼比：ξ_i＝0.55；

i)比较测试系统的阻尼比ξ_i与实际轧机系统的阻尼比ξ_h＝0.52，实际轧机系统的阻尼比ξ_h与测试系统的阻尼比ξ_i＝0.55之差在设定的5.0％范围内，则停止辨识测试系统阻尼比ξ_i；

j)通过已测得的测试系统阻尼比ξ_i与库伦摩擦阻尼力F_fi的关系推算出测试系统阻尼比为ξ_h时，对应的库伦摩擦阻尼力的大小为：F_fh≈11.3×10³N，反推计算出此时比例压力阀③的压力值为：

k)调整比例减压阀③压力值为：P_h＝4.8×10⁶Pa，即使测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等。

l)对不同AGC伺服油缸的测试，则可以实现测试系统阻尼比与实际工作轧机的阻尼比相等，这样测试系统实现可变阻尼的效果，是伺服油缸的测试结果与实际工作工况一致。

根据现场对AGC伺服油缸进行测试，本发明的技术方案切实可行，并取得了显著的效果，可进一步推广到AGC伺服油缸性能的测试中，推广应用前景比较广阔。

Claims (8)

1.一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，适用于AGC(Automatic Gage Control)伺服油缸动态和静态特性测试系统可动态改变测试系统阻尼的测试，采用这样一种测试系统，所述测试系统主要包括：AGC伺服油缸加载系统、液压伺服系统、信号采集及处理系统，其特征在于，所述测试方法包括步骤如下：

步骤1)收集AGC伺服油缸工作轧机系统的阻尼比：ξ_h，0<ξ_h<1.0；

步骤2)设置连接于油缸和测试机架之间、用于传递加载力的中间垫块，收集加载机架内液压侧撑板与中间垫块之间的库伦摩擦阻尼系数：C₀， 0<C₀<1.0，收集加载阻尼液压缸的规格参数：D₁/d₁-l₁；D₁，d₁，l₁分别表示加载阻尼液压缸的活塞直径、活塞杆直径、活塞最大行程，单位：m，

步骤3)通过工控机、信号处理系统根据工况设定初始电磁比例减压阀的压力值为：P₀，P₀<测试系统最高工作压力；

步骤4)计算加载阻尼液压缸无杆腔的面积：

计算中间垫块与侧撑板之间的库伦摩擦阻尼力F_f0，单位：牛顿N：

F_f0＝P₀×A₀×C₀ (2)；

A₀表示加载阻尼液压缸无杆腔的面积，单位m²，

步骤5)利用测试信号处理系统对伺服阀发出相应的信号，采集系统的伺服油缸活塞位移、压力信号，根据采集的实验数据，对测试系统采用系统辨识的方法，辨识电磁比例减压阀压力为P₀时测试系统的阻尼比：ξ₀；

步骤6)改变电磁比例减压阀的压力为：P₁，单位：Pa，计算此时中间垫块所受的库伦摩擦阻尼力： F_f1 ，单位：N，用系统辨识的方法再次辨识出测试系统的实际阻尼比：ξ₁；

步骤7)重复步骤6)，测试出一系列电磁比例减压阀的压力：P_i，及其对应的库伦摩擦阻尼力F_fi、辨识测试系统的阻尼比为：ξ_i；

步骤8)比较测试系统的阻尼比ξ_i与实际轧机系统的阻尼比ξ_h，直到ξ_h与ξ_i的相对偏差ε在设定的范围内为止，即ε＝|ξ_h- ξ_i|/ξ_h，这里取ε<5.0％；

其中，i是测试系统的阻尼比的下标，表示第i次辨识得到测试系统的阻尼比；h是表示实际轧机系统的阻尼比的下标，

步骤9)通过已测得的测试系统阻尼比ξ_i与库伦摩擦阻尼力F_fi的关系推算出测试系统阻尼比为ξ_h时，对应的库伦摩擦阻尼力的大小为：F_fh，反推计算出此时电磁比例压力阀的压力值：

步骤10)调整电磁比例减压阀压力值为：P_h，P_h<测试系统最高工作压力，即使测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等，然后再对AGC伺服油缸进行静态和动态的性能测试。

2.如权利要求1所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

在步骤1)，因实际工作轧机系统的阻尼比理论计算往往与实际值存在很大的误差，为获取实际工作轧机系统的阻尼比，这里采用系统辨识的方法来确定实际轧机系统的阻尼比：ξ_h。

3.如权利要求1所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

在步骤8)，如果实际轧机系统的阻尼比ξ_h与测试系统的阻尼比ξ_i的相对偏差在设定的较小范围内，则停止辨识测试系统阻尼比ξ_i；如果ξ_h与ξ_i的相对偏差不在设定的范围内，则继续重复步骤7)，直到ξ_h与ξ_i的相对偏差在设定的范围内为止。

4.如权利要求1所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

在步骤10)之后，对不同AGC伺服油缸的测试，则可以实现测试系统的阻尼比与实际工作轧机系统的阻尼比相等，这样使测试系统实现对于不同规格的AGC伺服油缸可变阻尼的效果。

5.如权利要求1所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

所述的AGC伺服油缸加载系统包括：设置于加载机架(11)内、顺序设置的加载阻尼液压缸(7)、中间垫块(10)、侧撑板(13)，及位于中间垫块(10)下部的AGC伺服油缸(12)，

所述液压伺服系统为AGC伺服油缸提供动力源，使伺服油缸伸出杆伸出或者缩回，由加载阻尼液压缸对中间垫块进行加载可以改变测试系统所受的摩擦阻力。

6.如权利要求5所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

所述加载机架为闭式的加载机架，为AGC伺服油缸提供加载力，使伺服油缸在带有载荷的工况下进行测试，

所述液压伺服系统为伺服油缸提供动力源，液压伺服系统将测试系统的电控信号转变成液压伺服系统的液压信号，来控制伺服油缸的动作和系统各个压力的调整，

所述液压伺服系统包括：液压泵(1)、溢流阀(2)、电液伺服阀(6)、电磁比例溢流减压阀(5)、电磁比例减压阀(3)、三位四通电磁换向阀(4)，

所述的电液伺服阀( 6) 将信号处理系统发出的电信号转变成液压信号来控制伺服油缸的位移和压力大小，使之形成闭环控制系统。

7.如权利要求5所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

所述的AGC伺服油缸有杆腔输入一个固定压力的液压压力值，伺服油缸有杆腔的压力大小通过电磁比例溢流减压 阀(5)进行设定、调整，

所述的加载阻尼液压缸的压力通过电磁比例减压阀(3)进行动态设定、调整，所以阻尼力大小的改变也是通过电磁比例减压阀来控制，

所述加载阻尼液压缸的加载与卸载过程通过三位四通电磁换向阀(4)控制，其控制信号通过信号处理系统给定，

整个液压伺服系统的系统压力值通过溢流阀(2)进行调节，液压泵(1)为系统提供系统所需的压力及流量。

8.如权利要求5所述一种可变阻尼的伺服油缸性能测试方法，其特征在于，

所述信号采集及处理系统包括：压力传感器(8)、磁尺(9)、信号采集及处理系统、工控机，采集系统的压力、位移信号，信号处理系统将信号放大、运算，然后给液压控制阀发出相关的指令信号。