專(zhuān)利名稱(chēng)：大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于液壓元件測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。具體涉及一種大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
液壓缸是液壓系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其帶載運(yùn)動(dòng)速度決定了液壓系統(tǒng)的響應(yīng)速度和控制精度。大型液壓缸的帶載頻率特性測(cè)試是衡量其品質(zhì)的重要手段，但目前大型液壓缸的頻率特性測(cè)試一般只在O 20Hz范圍內(nèi)進(jìn)行(曾良才，軋機(jī)伺服油缸試驗(yàn)臺(tái)研究[J]，機(jī)床與液壓，2003 (3))。目前，液壓缸帶載頻率特性的測(cè)試已引起本領(lǐng)域技術(shù)人員的關(guān)注:如“一種液壓缸帶載頻率響應(yīng)測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法”(ZL101463847A)專(zhuān)利技術(shù)。該專(zhuān)利技術(shù)采用高精度外置式位移傳感器測(cè)量活塞的位移，構(gòu)成位置閉環(huán)控制，測(cè)試幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)與相頻響應(yīng)曲線(xiàn)。但該測(cè)試方法存在如下問(wèn)題:(I)動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)，位移傳感器易產(chǎn)生振動(dòng)，從而影響位移傳感器的輸出信號(hào)波形和檢測(cè)精度；(2)位移傳感器量程難以選擇，采用較大量程傳感器測(cè)小位移時(shí)信號(hào)讀取與處理困難，測(cè)試準(zhǔn)備過(guò)程中，容易導(dǎo)致傳感器因擠壓和跌落而損壞；(3)測(cè)量不同的液壓缸的帶載頻率特性時(shí)，需重新裝夾位移傳感器；(4)測(cè)試頻率范圍小，一般只在O 20Hz范圍內(nèi)進(jìn)行，不適于擴(kuò)展到20 50Hz的高頻檢測(cè)范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述技術(shù)缺陷，目的是提供一種測(cè)試精度高、安裝方便、適用范圍廣的液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試方法和裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:液壓泵與電機(jī)同軸聯(lián)接，液壓泵的吸油口與油箱相通，液壓泵的壓油口與電液伺服閥的P 口相通，電液伺服閥的A 口或B 口與液壓缸的無(wú)桿腔相通，電液伺服閥的T 口與油箱相通。液壓泵的壓油口與三通比例減壓閥的P 口相通，三通比例減壓閥的A 口與液壓缸的有桿腔相通，三通比例減壓閥的T 口與油箱相通，在液壓泵的壓油口與油箱之間連接有電磁溢流閥；三通比例減壓閥的信號(hào)輸入端和電液伺服閥的信號(hào)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡對(duì)應(yīng)的D/A1通道和D/A2通道連接。被測(cè)試液壓缸置于閉式機(jī)架中，活塞桿與閉式機(jī)架的橫梁下表面接觸。在閉式機(jī)架的左立臂或右立臂的外側(cè)中間位置處貼有第一電阻應(yīng)變片，第一電阻應(yīng)變片的正下方水平地貼有第二電阻應(yīng)變片，第一電阻應(yīng)變片垂直于第二電阻應(yīng)變片，在閉式機(jī)架的左立臂或右立臂的內(nèi)側(cè)對(duì)稱(chēng)地貼有第三電阻應(yīng)變片和第四電阻應(yīng)變片，第一電阻應(yīng)變片、第二電阻應(yīng)變片、第三電阻應(yīng)變片、第四電阻應(yīng)變片組成第一電阻應(yīng)變片組。在閉式機(jī)架的橫梁側(cè)面的中間位置處貼有第五電阻應(yīng)變片，第五電阻應(yīng)變片的正下方水平地貼有第六電阻應(yīng)變片，第五電阻應(yīng)變片垂直于第六電阻應(yīng)變片，在閉式機(jī)架的橫梁另一側(cè)面對(duì)稱(chēng)地貼有第七電阻應(yīng)變片和第八電阻應(yīng)變片；第五電阻應(yīng)變片、第六電阻應(yīng)變片、第七電阻應(yīng)變片、第八電阻應(yīng)變片組成第二電阻應(yīng)變片組。
第二電阻應(yīng)變片組與動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊的第一輸入端子AIl連接，動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊的第一輸出端子AOl與數(shù)據(jù)采集卡的A/D1通道連接，第一電阻應(yīng)變片組與動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊的第二輸入端子AI2連接，動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊的第二輸出端子A02與數(shù)據(jù)采集卡的A/D2通道連接；數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件安裝在計(jì)算機(jī)內(nèi)。所述的第一電阻應(yīng)變片組組成全橋電路，其中:第一電阻應(yīng)變片和第三電阻應(yīng)變片組成對(duì)臂，第二電阻應(yīng)變片和第四電阻應(yīng)變片組成對(duì)臂。所述的第二電阻應(yīng)變片組組成全橋電路，其中:第五電阻應(yīng)變片和第七電阻應(yīng)變片組成對(duì)臂，第六電阻應(yīng)變片和第八電阻應(yīng)變片組成對(duì)臂。所述計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件的程序主流程為:S1-1、初始化變量，采樣點(diǎn)數(shù)&=500，計(jì)數(shù)點(diǎn)n=0，頻率計(jì)數(shù)i=l，周期數(shù)Hi1=I,活塞桿初始外伸量L=Imm,時(shí)刻tQ=0 ;控制電壓uQ=0,幅值A(chǔ)=50um,第一頻率ff0.1Hz,第二頻率f2=0.2Hz，第三頻率f3=0.5Hz，第四頻率f4=l.0Hz,頻率增量Δ f=l.0Hz ;初始?jí)毫χ礟ci=O,三通比例減壓閥的輸出比例系數(shù)Ic1 = 0.4。S1-2、讀取三通比例減壓閥的輸入值P, pQ=p,由D/A1通道送出控制電壓u '=
l^XPo。S1_3、D/A2通道送出電液伺服閥的控制信號(hào)，活塞桿初始外伸量為L(zhǎng)，掃描A/D1通道和A/D2通道，將測(cè)得值輸入計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件的等效位移轉(zhuǎn)換模塊，輸出并記錄活塞的等效初始位移S1-4、判斷等效初始位移Stl是否等于活塞桿初始外伸量L，若是則進(jìn)行下一步，若不是則返回到S1-3。S1-5、計(jì)數(shù)點(diǎn)累加η = η+1,若i≤4,頻率賦值f = 若i > 4,頻率賦值f =
f4+(1-4) X Δ f, w = 2 f，采樣時(shí)刻匕=17，計(jì)算設(shè)定值 un = Asinwtn0 S1-6、掃描A/D1通道和A/D2通道，將測(cè)得值輸入計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件的等效位移轉(zhuǎn)換模塊，輸出并記錄活塞的等效位移反饋值U(Sn)。S1-7、讀取數(shù)字PID控制器的比例系數(shù)Kp、積分時(shí)間常數(shù)K1、微分時(shí)間常數(shù)KD、積分部分初始值M,計(jì)算設(shè)定值與反饋值的誤差e (tn) = Asinwtn-U (Sn),將設(shè)定值與反饋值的誤差e (tn)輸入到計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件的數(shù)字PID控制器，輸出控制電壓
權(quán)利要求
1.大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置，其特征在于液壓泵(18)與電機(jī)(19)同軸聯(lián)接，液壓泵(18)的吸油口與油箱(16)相通，液壓泵(18)的壓油口與電液伺服閥(20)的P 口相通，電液伺服閥(20)的A 口或B 口與液壓缸(7)的無(wú)桿腔相通，電液伺服閥(20)的T 口與油箱(16)相通；液壓泵(18)的壓油口與三通比例減壓閥(1)的P 口相通，三通比例減壓閥⑴的A 口與液壓缸(7)的有桿腔相通，三通比例減壓閥(1)的T 口與油箱(16)相通，在液壓泵(18)的壓油口與油箱(16)之間連接有電磁溢流閥(17);三通比例減壓閥(1)的信號(hào)輸入端和電液伺服閥(20)的信號(hào)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡(13)對(duì)應(yīng)的D/A1通道和D/A2通道連接； 被測(cè)試液壓缸(7)置于閉式機(jī)架￠)中，活塞桿(4)與閉式機(jī)架￠)的橫梁下表面接觸；在閉式機(jī)架(6)的左立臂或右立臂的外側(cè)中間位置處貼有第一電阻應(yīng)變片(10)，第一電阻應(yīng)變片(10)的正下方水平地貼有第二電阻應(yīng)變片(11)，第一電阻應(yīng)變片(10)垂直于第二電阻應(yīng)變片(11)，在閉式機(jī)架(6)的左立臂或右立臂的內(nèi)側(cè)對(duì)稱(chēng)地貼有第三電阻應(yīng)變片(8)和第四電阻應(yīng)變片(9)，第一電阻應(yīng)變片(10)、第二電阻應(yīng)變片(11)、第三電阻應(yīng)變片(8)、第四電阻應(yīng)變片(9)組成第一電阻應(yīng)變片組； 在閉式機(jī)架￠)的橫梁側(cè)面的中間位置處貼有第五電阻應(yīng)變片(2)，第五電阻應(yīng)變片(2)的正下方水平地貼有第六電阻應(yīng)變片(3)，第五電阻應(yīng)變片(2)垂直于第六電阻應(yīng)變片(3)，在閉式機(jī)架￠)的橫梁另一側(cè)面對(duì)稱(chēng)地貼有第七電阻應(yīng)變片(21)和第八電阻應(yīng)變片(22);第五電阻應(yīng)變片(2)、第六電阻應(yīng)變片(3)、第七電阻應(yīng)變片(21)、第八電阻應(yīng)變片(22)組成第二電阻應(yīng)變片組； 第二電阻應(yīng)變片組與動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊(12)的第一輸入端子AIl連接，動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊(12)的第一輸出端子AOl與數(shù)據(jù)采集卡(13)的A/D1通道連接，第一電阻應(yīng)變片組與動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊(12)的第二輸入端子AI2連接，動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊(12)的第二輸出端子A02與數(shù)據(jù)采集卡(13)的A/D2通道連接；數(shù)據(jù)采集卡(13)與計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)安裝在計(jì)算機(jī)(15)內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置，其特征在于所述的第一電阻應(yīng)變片組組成全橋電路，其中:第一電阻應(yīng)變片(10)和第三電阻應(yīng)變片(8)組成對(duì)臂，第二電阻應(yīng)變片(11)和第四電阻應(yīng)變片(9)組成對(duì)臂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置，其特征在于所述的第二電阻應(yīng)變片組組成全橋電路，其中:第五電阻應(yīng)變片(2)和第七電阻應(yīng)變片(21)組成對(duì)臂，第六電阻應(yīng)變片(3)和第八電阻應(yīng)變片(22)組成對(duì)臂。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置，其特征在于所述計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)的程序主流程為: Sl-1、初始化變量，采樣點(diǎn)數(shù)&=500，計(jì)數(shù)點(diǎn)n=0，頻率計(jì)數(shù)i=l，周期數(shù)Hi1=1,活塞桿(4)初始外伸量L=1mm,時(shí)刻t0=0 ;控制電壓U0=O,幅值A(chǔ)=50um,第一頻率ff0.1Hz,第二頻率f2=0.2Hz，第三頻率f3=0.5Hz，第四頻率f4=l.0Hz,頻率增量A f=l.0Hz ;初始?jí)毫χ礟ci=O,三通比例減壓閥(1)的輸出比例系數(shù)Ic1 = 0.4 ; S1-2、讀取三通比例減壓閥(1)的輸入值p, Pci=P,由D/A1通道送出控制電壓u '=Ic1Xp0 ; S1-3、D/A2通道送出電液伺服閥(20)的控制信號(hào)，活塞桿(4)初始外伸量為L(zhǎng)，掃描A/Dl通道和A/D2通道，將測(cè)得值輸入計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)的等效位移轉(zhuǎn)換模塊，輸出并記錄活塞(5)的等效初始位移S。； S1-4、判斷等效初始位移Stl是否等于活塞桿(4)初始外伸量L，若是則進(jìn)行下一步，若不是則返回到S1-3 ； S1-5、計(jì)數(shù)點(diǎn)累加n = n+1，若i ≤ 4，頻率賦值f = fi，若i > 4，頻率賦值f = f4+(1-4) X A f, w = 2 ir f,采樣時(shí)刻
5.根據(jù)權(quán)利4所述的大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置，其特征在于所述等效位移轉(zhuǎn)換模塊的軟件程序主流程為: 52-1、初始化變量，訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)k2，讀取樣本組數(shù)C、單隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)m2、訓(xùn)練最大次數(shù)N2、學(xué)習(xí)效率n、訓(xùn)練精度e和訓(xùn)練樣本矩陣M ; S2-2、給輸入層到單隱層的權(quán)值矩陣W和單隱層到輸出層的權(quán)值矩陣V賦隨機(jī)數(shù)矩陣； S2-3、樣本號(hào)j = 0,網(wǎng)絡(luò)總目標(biāo)函數(shù)E = 0 ； S2-4、樣本號(hào)累加j = j+1 ； S2-5、讀取第j組樣本，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)輸出值y」； S2-6、計(jì)算樣本期望輸出值與網(wǎng)絡(luò)輸出值的誤差e(j)； S2-7、計(jì)算網(wǎng)絡(luò)總目標(biāo)函數(shù)E = E+e(j)； S2-8、判斷樣本號(hào)j是否大于或等于樣本組數(shù)C，若是則進(jìn)行下一步，若不是則返回S2-4 ； S2-9、判斷網(wǎng)絡(luò)總目標(biāo)函數(shù)E是否大于訓(xùn)練精度e，若是則進(jìn)行下一步，若不是則結(jié)束程序；S2-10、調(diào)整并記錄輸入層到單隱層的權(quán)值矩陣W和單隱層到輸出層的權(quán)值矩陣V，訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)累加k2 = k2+l ； 52-11、判斷訓(xùn)練次數(shù)計(jì)數(shù)k2是否大于訓(xùn)練最大次數(shù)N2，若是則結(jié)束程序，若不是則返回 S2-3。
6.如權(quán)利要求1所述大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置的測(cè)試方法，其特征在于采用“大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置”進(jìn)行頻率響應(yīng)特性測(cè)試，測(cè)試步驟為: 53-1、啟動(dòng)計(jì)算機(jī)(15)，打開(kāi)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)； S3-2、輸入計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)的等效位移轉(zhuǎn)換模塊的樣本組數(shù)C、單隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)m2、訓(xùn)練最大次數(shù)N2、學(xué)習(xí)效率n、訓(xùn)練精度e和訓(xùn)練樣本矩陣M ; S3-3、開(kāi)始計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)的等效位移轉(zhuǎn)換模塊訓(xùn)練； S3-4、等待計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)的等效位移轉(zhuǎn)換模塊訓(xùn)練完成； S3-5、調(diào)定電磁溢流閥(17)的壓力，啟動(dòng)電機(jī)(19)，液壓系統(tǒng)開(kāi)始工作； S3-6、在計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)中設(shè)置參數(shù)采樣點(diǎn)數(shù)N1、幅值A(chǔ)、三通比例減壓閥(I)壓力P和被測(cè)試液壓缸(7)活塞桿(4)初始外伸量L，開(kāi)始測(cè)試所述液壓缸(7)頻率響應(yīng)特性； S3-7、等待所述液壓缸(7)頻率響應(yīng)的測(cè)試結(jié)果； S3-8、將所述液壓缸(7)頻率響應(yīng)的幅頻特性曲線(xiàn)及相頻特性曲線(xiàn)存盤(pán)打印； S3-9、將三通比例減壓閥(I)壓`力p設(shè)定為O，將電磁溢流閥(17)的壓力降為O ; S3-10、關(guān)閉電機(jī)(19)，液壓系統(tǒng)停止工作； S3-11、退出計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)，關(guān)閉計(jì)算機(jī)(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大型液壓缸高頻帶載頻率特性測(cè)試裝置及其測(cè)試方法。其技術(shù)方案是液壓泵(18)壓油口與三通比例減壓閥(1)和電液伺服閥(20)P口相通，電液伺服閥(20)A口或B口與液壓缸(7)無(wú)桿腔相通，三通比例減壓閥(1)A口與液壓缸(7)有桿腔相通；三通比例減壓閥(1)和電液伺服閥(20)的信號(hào)輸入端與數(shù)據(jù)采集卡(13)對(duì)應(yīng)的D/A1和D/A2通道連接。閉式機(jī)架(6)左或右立臂的內(nèi)外兩側(cè)中間位置處貼有第一電阻應(yīng)變片組，橫梁前后側(cè)面的中間位置處貼有第二電阻應(yīng)變片組；兩組電阻應(yīng)變片通過(guò)動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)理電路模塊(12)與數(shù)據(jù)采集卡(13)對(duì)應(yīng)通道連接。計(jì)算機(jī)(15)內(nèi)裝有數(shù)據(jù)采集卡(13)和計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試軟件(14)。本發(fā)明具有測(cè)試精度高、安裝方便和適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F15B19/00GK103104573SQ20131007533
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者陳奎生, 鄧江洪, 曾良才, 陳新元, 湛從昌 申請(qǐng)人:武漢科技大學(xué)