2.3.2　电液伺服阀试验台

电液伺服阀是测控系统中常用的控制元件，液压伺服系统在冶金、工程机械、化工等行业中应用广泛。伺服阀在使用一定时间后，由于环境、磨损、老化等因素，不可避免地会出现故障而需要维修，维修之后的伺服阀，其各种特性是否能达到规定的要求，必须通过一定的动、静态特性检测才能得出结论。因此，许多大型企业都根据自己的需要建有独立的伺服阀试验台。

（1）液压测试系统及测试方法

试验台可以完成伺服阀的动、静态特性测试：静态特性测试的内容包括空载流量特性、压力增益特性、流量-压力特性、泄漏特性；动态特性测试主要是伺服阀频率特性的测试。以上特性的测试结果需要以图形的方式绘制出来。图2-44所示为电液伺服阀动、静态测试液压系统。

测试时根据测试项目，分别将被试阀安装在动、静态测试阀板上。在进行静态测试时，将开关阀8关闭，将阀6打开；在进行动态测试时，则将开关阀8打开，将阀6关闭。

①空载流量特性测试方法　先将开关阀18、7关闭，打开阀17、9，使被试电液伺服阀的两输出口A、B之间压差Δp_L=0。然后向被试阀通入频率为0.01Hz的三角波电流信号，电流信号的大小按照以下规律变化：由0变到+i_max，再由+i_max变到0，再到-i_max，然后再回到0。由涡轮流量计16检测电流变化过程中的流量，并将测得的流量值和输入的相应电流值送到计算机中去，由计算机画出流量随电流变化的曲线，即为被试阀的空载流量特性曲线。并可以根据测得的数据计算出阀的流量增益、对称性、零漂和滞环等重要性能。

②负载流量特性测试方法　打开开关阀18、9，关闭阀17、7，使测试时A、B两口的油液通过单向阀组23和比例溢流阀22。用比例溢流阀（最低可调节压力小于0.5MPa）可以改变测试时负载压力，用涡轮流量计16可以测量各种负载工况下的流量。测试时，先调节溢流阀3，使系统的压力为被试电液伺服阀的额定压力，再向被试阀线圈输入频率为0.1Hz的三角波电流信号，然后通过控制比例溢流阀22使负载压力从零按一定增量逐渐变化到额定压力，测量每一增量下的流量，输入到计算机中。再改变输入电流的幅值（频率不变），重复以上过程，可测得多组曲线，此即为电液伺服阀的负载流量特性曲线±q=f（±Δp_L）_i=Cout。

③压力特性测试方法　先关闭开关阀17、18、7，打开阀9，使被试阀的输出流量为零，调节溢流阀3使系统压力等于被试阀的额定压力与回油压力（由压力传感器13测得）之和。然后向被试阀线圈通入0.1Hz三角波电流信号，由计算机读取压力传感器14、15的值，即可测出伺服阀两输出口之间的压差。改变输入电流信号的幅值，可测得不同电流幅值下的压差值。根据电流值和压差值可以绘出被试阀的压力增益特性曲线±Δp_L=f（±i）_Δq=0。

④泄漏特性测试方法　先将开关阀17、18、9关闭，将阀7打开，调节溢流阀3使系统压力达到被试阀的额定压力，然后向被试阀线圈通入激励电流，用涡轮流量计5测量泄漏流量的大小，并将泄漏信号和给定的激励电信号经采样输送到计算机，由测试系统绘出泄漏特性曲线q_r（±i）。

⑤动态特性测试　根据国标，电流伺服阀的动态特性主要是指其幅频特性曲线-3dB时的幅频宽和相频特性曲线-90°时的相频宽。测试时需要用10个不同频率的正弦信号作为被试阀线圈的激励信号，然后依次测量其输出的流量信号，并滤除流量信号中与激励信号频率不同的成分后作为被试伺服阀的响应信号。这两个信号经采样分别输入到计算机，由系统测试软件求出激励信号的自功率谱G_xx（f）和激励信号与响应信号的互功率谱G_xy（f），由此可得频率响应H（f）=G_xx（f）/G_xy（f）。

动态特性测试时先将开关阀6关闭，将阀8打开，由独立的信号发生器产生扫频正弦信号，经放大之后，输入到伺服放大器，使动态缸产生运动，根据安装在动态缸上的速度传感器，可以求出被试伺服阀的输出流量，而安装在另一端的位移传感器可用于防止动态缸偏离中心位置。

（2）测试系统电路结构

测试系统在静态特性试验时需要采集的信号包括被试伺服阀线圈的电流信号、进油口P的压力信号、负载口A和B的压力信号、泄漏口O的压力信号、负载口A和B之间的流量信号、泄漏口O的流量信号；动态特性测试时需要采集的信号有被试阀线圈的电流信号、速度传感器输出的电压信号。测试系统输出的控制信号包括比例溢流阀的压力设定值、信号发生器产生的被试阀线圈激励信号。

以上信号中的被试阀伺服放大信号为电流信号，其他信号为电压信号。由于传感器检测的这些信号通常包含有噪声或经过了调制，在输入到测试计算机前，都需要经过相应的处理，然后才经A/D转换器转换成数字信号，供计算机进一步使用。测试中采用独立的数字信号发生器，该信号发生器由16位单片机作为核心，可以产生频率为0～800Hz的三角波、正弦波、方波、线性扫频正弦波等多种信号波，供伺服阀测试所用。信号发生器通过RS232与主机通信，测试时由主机将生成波形的类型、波形的幅值和频率等参数告知信号发生器，信号发生器生成规定的波形之后，输入到被试阀的伺服放大器中。在动态特性测试时，同时将生成的波形数据传送给主机，供计算动态特性使用。测试系统电路结构如图2-45所示。

（3）测试系统软件

软件系统的主要功能是完成测试数据的处理和测试曲线的绘制，因此从功能上划分，可分为信号处理模块、数据通信模块、界面管理模块和负责测试文档处理及数据保存的辅助功能模块。这些模块又分别包含有多个子模块，子模块再调用基本的函数库函数，完成各自的功能。

信号处理模块是测试系统最重要的模块，其子模块包括数字滤波、曲线拟合及插值、频响计算、误差补偿等。数字滤波可以采用的算法有中值滤波、相关滤波、限幅滤波等方法，可以根据现场干扰情况选择合适的滤波方法。曲线拟合采用常用的最小二乘法原则，使拟合后的曲线点的误差平方和最小。频响计算主要包括自相关计算和互相关计算，采用快速傅里叶变换和反变换实现快速相关算法。

通信模块的功能包括读写输入/输出数据缓冲区、数字信号发生器相互通信子模块。在测试前，由操作人员根据测试项目，将需要采集的压力、流量信号的通道号及信号发生器的波形参数输入到系统，系统将调用缓冲区建立函数和通信函数建立各通道的数据缓冲区，并向信号发生器输出参数，同时启动D/A和A/D数据转换，各通道采用中断方式向缓冲区写入数据，CPU每隔1s时间读取各缓冲区数据，在对数据进行处理后调用界面管理模块刷新输出界面。界面管理模块主要负责静、动态特性曲线的绘制，由各特性曲线子模块调用Plot（ ）函数完成。辅助功能模块包括测试数据的格式化输出到文件以及测试文档和数据的打印。

整个测试系统采用微软公司的VC6.0开发，其总体操作流程如图2-46所示。

（4）测试举例

表2-5是MOOG公司生产的D072-386伺服阀经维修后的检测生成的试验报告，报告中列出了伺服阀的主要试验项目结果和标准规定的值。