基于DSP的电液比例方向阀频率特性测控系统设计

　　0 引 言

　　电液比例方向阀是机、电、液一体化的复杂精密控制元件，相较于电液伺服阀更能适合于恶劣的工作环境，更节省能源，且成本较低，其动、静态性能也能满足一般工业应用的要求，在工业中的应用日益广泛^[1～3]。频率特性是电液比例方向阀非常重要的动态特性，直接影响系统的控制性能，因此，设计能准确快速测试电液比例方向阀频率特性的测控系统就显得尤为重要。目前，电液比例方向阀频率响应实验常用的激励输入信号有稳态正弦信号、随机激励信号、扫频信号3 种。使用稳态正弦信号的优点是激励大、信噪比大、能保证测试精度，但实验周期较长; 随机信号的频率范围宽，容易采取措施降低噪声且测试效率高，但用此方法所需的各种仪器通常比较昂贵，自行开发人工成本也比较高; 正弦扫频信号的信号频率范围确定，实验时间较短，且便于微机实现^[4，5]。综合电液比例方向阀频率特性测试所用各种激励信号的优缺点，本文最终选用扫频法测试其频率特性。

　　另外，电液比例方向阀在进行频率响应实验时需要精确测量其输出流量，但是现有的流量测试仪如椭圆齿轮流量计、涡轮流量计或者计量马达加测速电机等因频响较低都不宜用于频响实验的流量测量; 实际中通常采用间接法进行测量，包括动态油缸间接测试法和阀芯位移传感检测法，其中动态油缸测量法应用最为广泛，但是，由于被试阀的不对称性，在持续正弦激励信号的作用下，活塞杆会始终朝一边运动，并最终到达油缸的端点处，迫使实验中断; 因此，实验时还必须对动态油缸进行实时纠偏。

　　本文针对电液比例方向阀频率特性测试问题，提出了一种基于DSP 的比例方向阀频率响应测试系统，并将其应用到实际的实验系统中进行了实验研究。

　　1 频率响应测控系统概述

　　电液比例方向阀频率响应测试系统由液压系统和基于DSP 的频率特性测控系统两部分组成，其总体结构如图1所示。液压系统依据GB/T15623. 1—2003 标准进行设计，主要由供油系统、被试阀、位移传感器、速度传感器、动态油缸等部分组成，其中，速度传感器实时采集动态油缸的速度，用于电液比例方向阀输出流量的间接测量，位移传感器采集动态油缸的位移，用于动态油缸的纠偏控制。基于DSP 的频率特性测控系统采用“PC 机 + DSP”的结构: PC 机实时控制实验进程，负责实验参数设置、显示实验结果，并存储与管理实验数据; DSP 实时性高，主要负责执行电液比例方向阀频率测试算法，同时完成实验数据处理工作。实验过程中，DSP 将扫频信号经D/A 输出模块送至比例放大器，通过A/D 输入模块实时采集速度传感器和位移传感器的数值，利用扫频信号的频率与速度传感器的数据通过傅里叶变换后即可得到电液比例方向阀整个测试频率范围内的相频特性与幅频特性，最终通过PC 机绘制出频率响应特性曲线。