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Harbin Institute of Technology自动控制原理设计论文课程名称：自动控制原理设计题目：液压伺服系统校正院系：测控技术与仪器系班级：设计者：学号：指导教师：设计时间：哈尔滨工业大学自动控制原理大作业一、 设计任务书考虑图中所示的系统。
要求设计一个校正装置，使得稳态速度误差常数为-14秒，相位裕度为，幅值裕度大于或等于8分贝。
利用MATLAB 画出已校正系统的单位阶跃响应和单位斜坡响应曲线。
二、 设计过程1、 人工设计1）、数据计算由图可知，校正前的开环传递函数为：0222s+0.10.025(20s 1)G =0.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 其中按频率由小到大分别含有积分环节和放大环节，-20dB/dec ；一阶微分环节，10.05/w rad s =，0dB/dec;振荡环节，22/w rad s =，-40dB/dec;稳态速度误差：0202s+0.1e ()lim (s)lim 0.025(s 0.14)ss s s sG ss s →→∞===++。
显然，此时的相位裕度和稳态速度误差都不满足要求。
为满足题目要求，可以引入超前校正，提高系统的相位裕度和稳态速度误差。
2）、校正装置传递函数 （1）、稳态速度误差常数的确定为使稳态速度误差常数为-14秒,设加入的开环放大倍数为k,加入校正装置后的稳态速度误差满足： 11e ()4k 0.025kss v ∞=== 解得K=160；将K=160带入，对应的传递函数为：0222s+0.14(20s 1)G (s)=1600.1(s 0.14)(1)44s s s s s +=++++ 则校正前（加入k=160的放大倍数后）幅值穿越频率：018.00/c w rad s =，相位裕度：o 00.1631c r =； （2）、校正装置的确定这里采用超前补偿，由前面算得k=160，故设加入的校正装置传递函数为：111G (s)T 1c aT s s +=+ 设计后要求o =50γ,则o 0-=500.163149.8369o o γγ-=；a 满足：01sin 49.83691a a -=+ 解得：a =7.33，取a =8.取1010/18.00/c w rad s w rad s =<=作为第一个转折频率，取第二个转折频率为21*80/w a w rad s ==；在伯德图上过3rad/s 处做斜率为-20dB/dec 的线。
机电液控系统实验报告
班级：0808102
姓名：黎上达
学号：1080810227
2011年7月
一、 电液（位置）控制系统基本组成及各组成部分之间的连接。
1、 根据实验台实物，写出系统组成各部分名称。
（1） 指令装置 （2） 伺服放大器 （3） 电液伺服阀 （4） 液压缸 （5） 位移传感器 （6） 负载
2、 根据实验台实物，画出一种液压控制系统构成原理框图。
3、 简要叙述伺服放大器的主要作用。
伺服阀输入信号为电流信号，伺服放大器的主要作用是经电压信号转换为电流信号。
二、电液（位置）控制系统的工作过程及工作原理。
1、 计算液压固有频率
2312690;10;2000;20;100e Mpa A cm Vt cm M kg M kg
β=====
2、 计算伺服阀流量增益。
伺服阀参数：021;40;30/min;s r p Mpa I mA Q L ===线圈并联连接。
实际使用压力5s p Mpa =。
在实际压力下，
所以
3、 两种质量负载情况下，系统开环增益计算（h 0.1ξ=，Kg=10db ，
Kf=0.05V/mm ）。
5、
作出两种质量负载情况下系统阶跃响应实验曲线。
（Kg=10db ）
6、解释两种阶跃响应曲线响应速度不同原因。
时液压固有频率
时液压固有频率
由公式可知，高时系统开环增益也相应增大，由伯德图可知当幅值裕度不变时，越高穿越频率也越大，响应时间减少，系统响应加快。
故高时系统响应块，即时响应快。
哈尔滨工业大学·机电工程学院机械工程测试技术基础Ⅰ课程大作业设计人：段泽军学号：10院系：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：1208108：目录目录................................................................................ 错误!未定义书签。
题目一：信号的分析与系统特性 ............................... 错误!未定义书签。
机械工程测试技术基础课程大作业任务书............................................... 错误!未定义书签。
一，方波信号的数学表达式......................................................................... 错误!未定义书签。
1，方波信号的时域表达式 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
2，时域信号的傅里叶变换 ........................................................................................ 错误!未定义书签。
二，频率成分分布情况................................................................................. 错误!未定义书签。
三，系统分析................................................................................................. 错误!未定义书签。
大流量伺服阀动态测试系统开发方大磊【摘要】随着工业技术的快速发展,伺服控制系统应用愈加广泛,伺服阀作为其中的关键部件,其性能的好坏对于整个控制系统尤为重要,然而伺服阀的动态性能测试是研制和使用中不可缺的一个关键环节,在伺服阀技术突飞猛进发展的同时,客观上要求与之相关的测试技术也要进一步的发展和完善.介绍了大流量伺服阀的测试方法,并研制出一套完全由计算机完成的测试系统,上位机采用LabVIEW2013作为程序开发平台,试验台架可以测大流量系列的电液伺服阀(动态)性能.经实际测试,验证了本测试系统的合理性和可靠性.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2017(000)006【总页数】3页(P38-40)【关键词】大流量;伺服阀;动态特性;仪器技术【作者】方大磊【作者单位】中船重工七O四研究所(海岳液压)上海 200030【正文语种】中文【中图分类】TH137伺服阀广泛应用在伺服系统中，是将电信号转化为液压信号的关键元件，伺服系统的品质直接受到伺服阀性能的影响，为了充分掌握其特性，必须进行充分的试验，动态试验：测试低压大流量、分辨率、负载流量，阶跃响应，频率特性试验。
本文介绍的伺服阀测试系统主要是测试针对大流量电液伺服阀，采用计算机辅助测试系统完成伺服阀的各项试验，试验过程中能够实时显示试验数据和曲线，对试验数据在线处理、存储、打印和管理，并且能够根据测试结果计算电液伺服阀的静动态性能指标，判断电液伺服阀的性能（主要以高频伺服插装阀为例）。
1 高频伺服插装阀液压实验台高频伺服插装阀测控实验台主要由：定量泵、蓄能器组、伺服比例高频阀带集成式模拟电子放大器，比例（节流）伺服阀（模拟放大器型号为2WRC-系列）、压力传感器、流量计、压力表等，电磁溢流阀（Rexroth）、具有高精度，高频响的压力传感器（霍尼韦尔）。
传感器及其二次仪表是测试系统的关键部分，直接决定测试精度，频率响应时间，本系统主要的传感器及二次仪表均选用进口优质产品，具体选型如下：压力传感器3套，选用美国honeywell公司的产品PX2系列传感器，量程为40 MPa，分别测量系统压力pS、伺服阀A腔压力pA和B腔压力pB；流量传感器1套，选用德国Kracht的高压齿轮流量计和二次仪表，分别测量伺服阀流量和负载流量qL；可以实现对伺服阀的动态性能的测试以及液压系统的闭环控制功能。
实验项目三电液伺服阀的频率特性
实验目的：熟悉电液伺服动态特性实验台的测试原理和操作方法，掌握电液伺服阀动态特性的概念、意义和测试方法。
掌握对电液伺服阀频率特性的扫频法和统
计法测试和处理方法。
实验要求：
1、通过实验，对待测控制阀进行不同频率周期性电信号激励，测试电液比例控制阀的空载流量的动态响应，通过测试描绘出频率特性曲线。
2、学会运用扫频法、统计法对电液伺服阀的频率特性进行分析，掌握幅频特性、相频特性的含义和分析方法。
3、正确分析实验结果，对其中的某些环节产生的误差有一定的估计。
电液伺服阀自动测试方法的研究广州博玮伺服科技有限公司•摘要：研究了电液伺服阀自动测试的方法。
给出了液压系统的工作原理，介绍了自动测控单元的硬件构成，详细论述了软件设计的核心算法和自动功能的实现。
1 前言电液伺服控制系统在控制领域中占有重要的地位，特别是在大功率、快速、精确的控制系统中起到重要作用。
电液伺服阀是其中的主要执行机构。
在阀出厂前和维修后进行性能测试是必不可少的环节。
传统的测试系统大都由分立的模拟仪表组成，在测试过程中，一般由模拟仪器在纸上记录模拟试验曲线或由试验人员记录试验数据，然后把数据进行手工处理得到性能指标。
显然，该方法工作量大、速度慢、效率低、精度差。
随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，计算机辅助测试（CAT）技术在液压系统测试中得到了广泛的应用。
它具有测试精度高、速度快、性价比高、测试的重复性和可靠性高等优点，有着很好的应用前景。
因此，本文基于CAT技术，研究了实现电液伺服阀自动测试的方法。
2 自动测试系统工作原理根据GB/T15623—1995B标准，电液伺服阀的自动测试需要完成静态性能测试（空载特性、压力增益特性、负载特性）和动态性能测试（幅频特性、相频特性），在性能曲线上直接读出性能指标，并可以把曲线保存成可以随时调用的数据文件。
液压测试原理和国标相同。
自动测试就是利用现代的传感器技术、电子技术和计算机技术，原来由试验人员手工单点测试、读取模拟仪表、记录数据、描绘曲线的过程用自动测试系统迅速地自动连续地对各点进行测试、保存数据文件并自动生成性能曲线，从而得出电液伺服阀的各个性能指标。
其中，空载特性、负载特性、动态特性的测试最具代表性。
为实现自动测试功能，测试系统在结构上分为测试台液压系统和自动测控单元。
图1 测试台液压系统原理图测试台液压系统结构原理如图1所示。
在对电液伺服阀进行不同的特性测试时闸阀的开关状态如表1所示。
闸阀采用手动开关阀可以很好地密封液压回路，避免电磁开关阀有时出现行程不到位的缺点，减少测试误差。
力反馈两级伺服阀特性仿真指导书哈尔滨工业大学2012年10月仿真一压力流量特性测试一、仿真目的1了解伺服阀压力流量特性测试实验原理；2了解伺服阀压力流量特性曲线的测试方法和步骤；3 学习使用AMESim软件对伺服阀进行仿真分析。
二、仿真内容1伺服阀压力流量特性测试；三、压力流量特性测试伺服阀的负载流量曲线表示在稳定状态下，输入电流、负载流量和负载压降三者之间的函数关系，如图1所示。
负载流量特性是指在输入电流I和供油压力Ps为常数的情况下，输出流量Q随负载压力差ΔPL的变化关系。
改变输入电流I可以得到一簇曲线，即为负载流量特性曲线。
负载流量特性曲线完全描述了伺服阀的静态特性，要测量出这簇曲线比较困难，特别是在零位附近很难测出精确的数值，而伺服阀却正好是在零位工作，因此这簇曲线主要用来确定伺服阀的类型和估计伺服阀的规格，以便与所要求的负载流量和负载压力相匹配。
图1 伺服阀的压力——流量特性曲线1伺服阀压力流量特性测试实验原理图图2 伺服阀压力流量特性测试原理图压力-流量特性测试的原理图如图2所示。
测试中，在不同的控制电流下，利用节流阀调节伺服阀控制边两侧的压差，记录不同压差下伺服阀的流量，利用相关的试验数据，即可绘制不同控制电流下，伺服阀的压力-流量特性曲线。
2伺服阀压力流量特性测试仿真模型伺服阀图3 伺服阀压力流量特性测试仿真模型力反馈两级伺服阀压力流量特性测试系统的AMESim仿真模型如图3所示。
3仿真测试步骤和方法压力流量特性仿真测试步骤如下:1)打开AMESim安装目录\v800\demo\Solutions\GL_FC\Servovalve 目录下的Servovalve_completeModel.ame仿真模型；2) 设定工作压力（ 1.Power Supply）210bar（21MPa）；3)利用信号发生器依次产生不同的电流值给电液伺服阀线圈（ 2.Input4) 节流阀开度控制信号参数设置为：5）进入Parameter mode参数模式，菜单Settings——>Global Parameters…添加参数i。
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y
机电液系统实验测试技术
大作业（二）
设计方案：电液伺服阀性能测试系统
学院：机电工程学院
专业：机械设计制造及其自动化
班级：
学号：
姓名：
指导老师：
时间：
哈尔滨工业大学
目录
前言 (2)
系统组成及功能 (2)
电液伺服阀测试系统原理 (2)
电液伺服阀特性测试 (3)
静态测试 (3)
动态测试 (9)
传感器选型 (10)
体会与心得 (10)
参考文献 (11)
1.前言
电液控制伺服阀简称伺服阀,相对于普通液压系统中的常规阀来说,伺服阀是一种高级的、精密的液压元件。
伺服阀既是信号转换元件,又是功率放大元件。
在电液伺服控制系统中,伺服阀将系统的电气部分与液压部分连接起来,实现电液信号的转换与放大,对液压执行元件进行控制,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。
为了更好地利用电液伺服阀,必须对它进行充分的实验。
2.系统组成及功能
电液伺服阀测试系统主要由泵站系统、测试台、计算机测控系统等组成。
小泵额定压力为21 MPa,流量10 L/min;大泵额定压力为7 MPa,流量90 L/min。
测试台设计成两个工位,即电液伺服阀静态测试工位和动态测试工位。
测控系统主要包括:电源开关电路、信号调理器、Avant测试分析仪、控制软件(液压CAT控制测试软件)和计算机系统。
测控系统实施对液压能源、液压测试台的控制,实现对电液伺服阀某项或多项液压参数测试的油路转换,同时采集各项所需的液压参数,经软件处理获得符合电液伺服阀试验规范要求的曲线、数据、报表等。
实现了对电液伺服阀的动、静态特性的实时显示及描绘,并自动进行相关数据分析和处理。
3.电液伺服阀测试系统原理
电液伺服阀测试系统原理图如图1所示。
4.电液伺服阀特性测试
4.1静态测试
测试系统示意图如图2：
图2 静态实验装置典型回路
（1）空载流量特性测试
用下列实验步骤测出输入电流与负载压降的变化关系，从而绘制空载流量特性曲线。
从曲线中测量得额定流量、线性度、对称度、滞环、零遮盖等参数。
打开回油口截止阀⑤；
打开控制油口截止阀①、②并关闭内漏截止阀③、④；
调节伺服阀供油压力为额定压力Pn；
缓慢地输入电流，循环次数；
“输入电流”电信号接在记录仪X轴上，“空载流量”接在记录仪Y轴上；
将输入信号调整在正负额定电流之间；
调整好记录仪的放大倍数及零位，在记录纸上画出X、Y轴的零位；
让信号缓慢连续循环输入；
记录一个完整的循环曲线；
缩小输入信号幅值到一定值，扩大X及Y轴放大倍数，重复上述实验。
解释：在无载(即A、B两腔的压力差极小)的条件下,向伺服阀输入缓慢变化的电流,测得伺服阀输出流量与输人电流的关系。
当被试阀输入电流i变化一个工作周期,对应输出流量q的变化。
所得曲线即为空载流量特性,如图2所示。
由于伺服阀的流量测试是在“空载”条件下,即负载压力非常低的条件下进行的,因此要求流量传感器必须具有极低的启动压力。
通过控制图1中截止阀25、28、29、31的位置,在工作压力下绘制空载流量曲线,通过计算机测控系统对其进行采集、分析,能得到伺服阀的流量增益、额定流量、饱和流量、饱和电流、线性度、对称度、滞环等性能指标的值。
（2）负载流量特性测试
用以下实验来确定负载压降下的控制流量变化。
打开回油口截止阀⑤，打开控制油口截止阀①、②；
调整供油压力到公称压力，如有回油压力则补偿回油压力；
循环输入电流次数；
用Y轴记录控制流量，X轴记录负载压降；
将输入电流恒定在+In；
放下记录笔，慢慢关闭一只控制口阀，以获得输入电流+In时控制电流对负载压降的连续曲线；
在-In上重复上一步过程，在不同电流下重复上一步过程获得一系列曲线。
解释：在输入电流i和供油压力ps为常数的情况下,输出流量q随负载压力差ΔpL的变化关系。
±q=f(±ΔpL)i=常数。
负载压差ΔpL的变化范围是从零到ps,在此范围内测出对应的输出流量q值。
改变电流i为不同常数,可得到一簇曲线,即为负载流量特性曲线,如图3a所示。
通过控制图1中截止阀25、28、29、31的位置,调节节流阀30,给电液伺服阀加一个负载,然后绘制带载流量曲线,通过计算机测控系统测试相关性能指标的值。
（3）压力增益特性测试
关闭控制油口截止阀①、②；
开启回油口截止阀⑤；
调整供油压力到被试阀的额定压力；
将输入电流慢慢循环几次；
“输入电流”电信号接在记录仪X轴上，“负载压降”电信号接在Y轴上；
检查记录仪两个标尺的零位及放大倍数，在记录纸上画出X、Y轴的零位；
调整自动信号发生器，输出足够大的正负信号幅值。
使之产生全部正负负载压降；
让信号缓慢连续循环，记录时循环速度应低；
记录完整循环曲线；
取±40%最大负载压降范围内负载压降时控制电流的平均斜率，计算压力增益测试结果。
解释：将供油压力调整为额定压力加回油压力,并将伺服阀的A、B口切断,在输出流量q为零的情况下,负载压差pL与输入电流i的关系,即±pL=f(±
i)q=0。
当输入电流i变化一个工作周期,对应负载压差pL的变化。
所得曲线即为压力特性曲线,如图3b所示。
在压力特性曲线上某点或某段的斜率即为压力增益。
伺服阀的压力增益越高,伺服系统的刚度越大,克服负载能力越强,系统误差越小。
压力增益越低,表明零位泄漏量大,阀芯和阀套配合不好,从而使伺服系统的响应迟缓。
如图1中,检测数字式压力计34、36的压力值,通过计算机系统处理分析,得到伺服阀的压力增益值,并可在终端上显示或存储、打印。
（4）内泄漏特性测试
关闭控制油口截止阀①、②；
打开内漏截止阀③、④；
关闭回油口截止阀⑤，若内泄流量计装在回油路上，则将回油口截止阀⑤开启，关闭①、②、③、④；
调节供油压力为额定压力Pn;
“输入电流”电信号接在X轴，“回油管路流量”电信号接在Y轴上；
校核X轴和Y轴的零位，在记录纸上画出；
使自动信号发生器产生电流幅值为正负额定电流的输出；
连续循环输入信号，全部记录零位附近的内漏变化；
记录半个周期的内漏特性曲线。
解释：伺服阀的内泄漏特性是指伺服阀输出流量为零(在负载通道关闭时),由回油口流出的内部泄漏流量,通常泄漏流量随输入电流变化而变化,当阀处于零位时为最大值qL0,见图3c。
对于两级伺服阀泄漏量由前置级的泄漏量qq0和输出级的泄漏量qL0组成。
零位泄漏量qc可作为滑阀制造质量指标,对旧阀可反映其磨损情况。
另外,伺服阀的压力特性也能反映其内泄漏情况。
4.2动态测试
主要测量伺服阀的幅频特性、相频特性及幅频宽和相频宽。
让伺服阀的输入电流在某个频率范围内作正弦变化时,阀的空载流量对输入电流的复数比,即为伺服阀的频率特性。
通过流量来测试系统频率特性,电液伺服阀的频率特性要求在空载条件下测量,采用具有小质量、低摩擦的无载动态缸和速度传感器作为流量传感器,液压缸的速度与电液伺服阀输出的流量在一定频率范围内成比例,液压缸活塞杆一端带速度传感器,将流量信号转化为电压信号.测试系统数学模型如图4所示,Q为流量,G1(s)为动态缸和速度传感器。
虽然动态缸小质量、低摩擦、无载,但由于制造工艺和实际质量的存在,活塞左右移动时受质量、阻尼固有特性作用,故系统简化为二阶环节,即G1(s)=1/(s2+2ζωns+ωn2)·ζ。
ζ为阻尼系数,ωn为流量传感器的固有频率。
系统截止频率受质量、阻尼系数的影响,从阀芯到液压缸的固有频率为：
其中:A为液压缸活塞有效面积;β为油液的有效容积模数;Vt为液压缸两腔的可压缩体积;m为活塞质量;ωh为动态缸的固有频率。
提高动态缸的频率特性的方法是减少质量和液压缸两腔的可压缩体积,增加动态缸活塞的有效面积。
