摘 要

本次研究是一个针对液压伺服阀性能测试系统的设计研究，通过了解，知道现在的液压伺服阀主要是电液伺服阀，于是就电液伺服阀而言对本次课题展开研究，电液伺服阀是液压系统中一个关键原件，它承担着将电信号转换为液压信号的作用，因此对其性能研究是很有必要的，而的试验台系统的设计与研究同样也需要对电液伺服阀性能及工作原理进行研究，同时，还要研究伺服阀性能测试的原理，并将之运用到的试验台设计之中。通过查阅《伺服阀性能测试标准》可以知道电液伺服阀的测试原理及测试流程，此后通过该测试方案以及查阅一般电液伺服阀性能测试试验台的结构及系统，对的电液伺服阀性能测试试验台的油路进行设计，然后根据设计的要求对伺服阀测试试验台的硬件系统进行设计，最后根据设计要求及测试原理，对软件系统通过LabVIEW进行设计。该软件系统分为上位机程序及下位机程序，上位机程序是LABVIEW设计并编程的，而下位机程序则是由PLC编程，两者结合，发挥出既有LABVIEW的交互友好的特点又有PLC可靠性高、效率高的优点的软件系统。

关键词：液压伺服阀 油路设计 LABVIEW 性能测试

Abstrct

This research is a design study for the hydraulic servo valve performance test system. Through understanding, we know that the current hydraulic servo valve is mainly an electro-hydraulic servo valve, so we have conducted research on this topic in terms of electro-hydraulic servo valve. Electrohydraulic servo valve is a key element in hydraulic system. It is responsible for converting electrical signals into hydraulic signals. Therefore, it is necessary to study its performance. The design and research of our test bed system also need to study the performance and working principle of the electro-hydraulic servo valve. At the same time, we also need to study the principle of testing the performance of the servo valve and apply it to our test bed design. We can find out the test principle and test process of the electro-hydraulic servo valve by consulting the "Performance Test Standard of the Servo Valve". After that, we can check the structure and system of the test bed for the performance test of the electro-hydraulic servo valve through the test scheme and the general electro-hydraulic servo valve. Design the oil path of our test bed for the performance of electro-hydraulic servo valve, then design the hardware system of the test platform for servo valve according to our design requirements. Finally, according to the design requirements and test principles, we design the software system through LabVIEW. The software system is divided into an upper computer program and a lower computer program. The upper computer program is designed and programmed by LABVIEW, while the lower computer program is programmed by PLC, which combines the two. The software system of LABVIEW has the advantages of high reliability and high efficiency of PLC.

Key words: hydraulic servo valve; Oil road design; LABVIEW; Performance testing

目录

摘要 I

Abstrct II

第1章 绪论 1

1.1课题意义 1

1.2虚拟仪器技术 1

1.3论文主要研究内容 2

第2章 电液伺服阀性能分析原理 3

2.1电液伺服阀的静态特性 3

2.1.1 空载流量特性 3

2.1.2负载流量特性 4

2.1.3 压力特性 4

2.1.4内泄露特性 4

2.2零位特性 4

2.3动态特性 5

2.3.1频率响应 5

2.3.2阶跃响应 6

2.4伺服阀性能参数 6

2.5 电液伺服阀测试标准 7

第3章 试验台的设计 8

3.1 试验台的工作原理 8

3.2动态测试的原理 11

3.3试验台的油路设计 12

第4章 试验台测试系统的设计 14

4.1油冷机 14

4.2电机安装底板 14

4.3管路接头 14

4.4油箱 14

4.5比例节流阀及比例放大器 15

4.6测试系统的硬件配置 17

4.7工控机 17

4.8传感器的选取 17

4.9试验台电气控制系统 18

第5章 试验台的软件设计 20

5.1LABVIEW的信号分析及处理 20

5.2测试系统的软件结构 20

5.3软件编程部分 23

第6章 总结 30

致谢 31

参考文献 32

第1章 绪论

1.1课题意义

液压伺服阀是液压控制系统的一个关键性的元器件，是在控制系统之中最为常用与应用最广泛的元器件，而在液压技术发展至今电液伺服阀已经成为液压伺服阀的诸多种类之中最具代表性的也是最常用的伺服阀了它如今也广泛应用于航空、军事、运输、机械生产、制造业等领域甚至包括生活的家庭之中。也是因为其运用广泛，更应该对其经行严格的检测，要求其在各个领域能够达到使用要求，这样，液压伺服阀的性能测试就应运而生了，而本次研究的目标着眼于液压伺服阀的性能测试，目标是设计一个针对液压伺服阀的性能测试试验台该试验台能够对电液伺服阀的动静态性能进行测试。

本次研究分为以下几个步骤：

（1）查阅相关资料对电液伺服阀的工作原理以及其性能测试的测试方法进行了解。

（2）根据所了解的情况及现今的液压伺服阀性能测试试验台的情况对试验台系统及其油路进行设计。

（3）完成该试验台控制系统的软件部分的程序的研究及设计并对该系统的工作原理进行介绍。

本此研究将基于虚拟仪器使用LabView软件对液压伺服阀性能测试试验台进行设计。

1.2虚拟仪器技术

在科学技术不断进步的今天，仪器的测量精度、测量方法也需要不断的更新，但如果是实体仪器，成本较高，同样，更新换代也消耗大，以及在仪器和其设计观念都有了突破之后，美国NI公司首次提出了虚拟仪器的概念，虚拟仪器就就是将现今的计算机技术与仪器结合，利用计算机速度快、可靠性高、硬件强等优点然后通过软件编程使计算机能够实现仪器的作用，如利用计算机软件编程就可以直接模拟出示波器、信号发生器等仪器，而且计算机还有其特有的不可代替的功能就像文件的输入输出功能，这样通过虚拟仪器技术，就可以使仪器的优点和计算机的优点相结合或者说继承了这些功能。通过这些功能的继承的虚拟仪器技术就也可以得到相应的功能或增强，这些功能如文件I/O等类似的就可以使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析大大节省了时间也更突出了其高效可靠的优点。这样，当仪器需要更新时，只需更新计算机或测量硬件当需要对软件进行设置时通过计算机技术也可以快速方便的解决，而在需要售后时也可以通过计算机技术随时解决更能节约时间。

1.3论文主要研究内容

本文研究的是电液伺服阀性能测试的试验台的设计，设计的目的是结合虚拟仪器技术通过LABVIEW将该设备以最少的外部硬件及最小的代价设计出来。所以主要的研究工作就是电液伺服阀动态特性及静态特性的性能分析以及测试方法然后根据这些信息对实验台进行油路的设计、硬件系统设计以及对软件系统设计编程。主要内容为：

1． 查阅相关资料对电液伺服阀的工作原理以及其性能测试的测试方法进行了解。

2． 根据所了解的情况及现今的液压伺服阀性能测试试验台的情况对的试验台系统及其油路进行设计。

3． 完成该试验台控制系统的软件系统程序的研究及设计并对该系统的工作原理进行介绍。

第2章 电液伺服阀性能分析原理

由于电液伺服阀结构十分复杂，所以对其进行性能分析时通常是通过具体的实验来得到其性能数据的，如对其空载流量特性的测量时，就是将其放入试验台的液压缸里直接在其空载的时候测试，从而得到其空载流量特性。对于电液伺服阀主要测试的是其动态特性、静态特性以及其零区特性这几个对其影响较大的特性。其静态特性就是电液伺服阀的动态特性包括频率响应特性、阶跃响应特性这两个特性实际上该动态特性也是其他设备或元件所具有的。电液伺服阀的零区特性包括零飘、零偏等特性。接下来，将一一对这些特性进行介绍。

2.1电液伺服阀的静态特性

电液伺服阀的静态特性指标时衡量电液伺服阀静态特性的主要标准这些指标主要包含以下几个：

1. 灵敏度 表示为输入、输出的变化量之比，反映的是一个单位输入过去，会有多少个单位输出产生变化。
2. 线性度 线性度它表示系统或是元件的输出与输入之间是否成线性相关的关系，或者说线性关系的多少其中线性度越高也就是表示输入与输出之间的关系越接近一条直线。
3. 滞环 滞环表示的是输出量与输入量顺序有关的一种特性即输入量虽是同一大小但如果顺序不同输出也可能不同的特性。比如在一个工作循环中，输入量沿增大或减小的方向达到同一个输入量时，两者之间的输出量是有误差的，称之为滞后误差。
4. 死区 在刚开始的一定区间内，当给定了一定的输入量，但电液伺服阀输出量并没有变化，这个区间就是死区了。
5. 重复度 在对同一测试的物体而言其测试条件不变时，以相同周期的输入量对该物体进行输入，最后得到的输出量每个循环相互之间的重复程度就是重复度了。

2.1.1 空载流量特性

电液伺服阀的空载流量特性的静态特性的参数是通过采集电液伺服阀在空载时也就是负载压差为0供油压力恒定时电液伺服阀的输出流量和其控制电流之间的关系然后经过计算机处理计算得到其空载流量特性参数。

通过空载流量特性曲线这样的曲线可以清楚的看到其输入电流与流量幅值的关系。即在给定的系统压力保持为恒定值，伺服阀负载压力大小为零时，输入一个电流值当作曲线的X轴，同时应用对应输入值的输出作为该曲线的Y轴，这样绘制出的输出流量值随电流值变化而变化的曲线就是空载流量特性曲线。通过该曲线可以用计算机对其进行计算分析从而获得电液伺服阀的额定空载流量、名义流量增益、线性度、滞环、分辨率等重要的静态特性参数，包括其零区特性也将揭示。

2.1.2负载流量特性

对于负载流量特性而言，这些静态特性指标的参数通过测量电液伺服阀在输入电流和供油压力为常数的情况下，输出流量随着负载压力差的变化关系以表示。对于液压伺服阀来说，以力反馈二级伺服阀进行举例，其静态状况下的传递函数为：

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