一种高速开关阀动态特性的测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种高速开关阀动态特性的测试系统，包括高速开关阀、驱动控制模块、液压控制模块、数据采集模块、和上位机；所述高速开关阀与驱动控制模块、液压控制模块和数据采集模块分别连接；所述上位机与驱动控制模块和数据采集模块分别连接；所述驱动控制模块包括依次连接的控制器、逻辑模块和驱动器；所述控制器还与上位机连接；所述液压控制模块包括压力源和测试阀块；所述数据采集模块包括数据采集器、电流传感器、流量传感器和压力传感器；所述电流传感器获取驱动器与高速开关阀之间的电流；所述进油口安装流量传感器及压力传感；所述数据采集器与电流传感器、流量传感器、压力传感器和上位机分别连接。本发明专利技术有效提高高速开关阀动态特性的测试效率及精度。开关阀动态特性的测试效率及精度。开关阀动态特性的测试效率及精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高速开关阀动态特性的测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及液压元件测试
，具体涉及一种高速开关阀动态特性的测试系统及方法。

技术介绍

[0002]数字液压技术成为“液压工业4.0”及“数智液压”中的先驱，而智能制造需要发展集成、交合、小型化、轻量化、高性能且适应电液一体化的液压控制元件。高速开关阀结构紧凑、开关时间短、换向频率快、价格低廉、对油液污染不敏感，能够直接实现数字量控制，便于实现液压数字化和高可靠性。同时高速开关阀在众多领域具有非常广阔的应用前景，特别是航空航天和石油开采作业因所处环境复杂多变，对液压元件的要求十分苛刻，高速开关阀能满足运载火箭推力矢量控制、油气开采智能钻完井系统等需求。
[0003]高速开关阀是数字液压技术发展的关键，其最重要的特性之一为高频响，即高频的开关，高速的响应。理想情况下，由电磁铁吸合阀芯开启的高速开关阀，利用高频PWM信号激励电磁铁时，阀芯会进行同步的高频开关，控制阀口输出高频的脉冲流量。因此调节PWM信号的频率和占空比，可控制阀口输出的平均流量，进一步实现电液系统的精确控制。但由于电磁铁线圈的电感特性，电磁铁达到临界开启电磁力具有延迟，导致阀芯开关具有电磁响应；且由于阀芯运动具有惯性，导致开关动作具有机械响应。
[0004]阀芯开关的响应时间导致：（1）PWM信号频率一定时，在低占空比下，阀芯无法正常打开，平均输出流量几乎为0；高占空比下，阀口近似持续全开，平均输出流量快速逼近最大值；在流量
‑
占空比曲线中，存在流量不可控的死区和饱和区；（2）PWM信号占空比一定时：在高频下，存在电磁力无法达到临界开启电磁力，或电磁力达到临界开启值，但阀芯无法全开的情况，高速开关阀不能正常工作；在低频下，流量脉冲过大，输出流量无法控制。
[0005]为了实现电液系统的精确控制，就要进行高速开关阀动态特性的测试，即改变电液系统中的控制参数，测试高速开关阀的响应变化。理论上，高速开关阀的电磁响应时间为电磁力从0达到临界电磁力的时间；机械响应时间为阀芯从一极限位置运动到另一极限位置的时间。目前已有的高速开关阀动态特性的测试方法主要包括：（1）利用力传感器、位移传感器测量实际工况中的电磁力、阀芯位移，直接得到响应时间；（2）利用测量阀口压力变化间接得到响应时间。
[0006]现有技术有助于进行高速开关阀动态特性的测试，但仍存在着一些不足与其他局限：（1）利用力传感器、位移传感器测量高速开关阀电磁力与阀芯位移，直接测试响应时间的方法较为准确，但仍有不足。传感器分为接触式和非接触式，接触式传感器如电阻式、压电式等，测量力或位移时需要在阀芯上加装辅助测量装置，如：电阻式需加装滑片；压电式需加装压电晶体等，使得接触式传感器只能用在非紧凑结构高速开关阀测试中，且需要具备一定的工装条件。非接触式传感器，如：感应式、激光传感器等，虽能够用于紧凑结构，但测量精度较高的类型一般对外部环境变化较为敏感，抗干扰能力差，对工装条件要求
更高，且价格昂贵，提高了测试成本。
[0007]（2）利用测量阀口压力变化间接得到高速开关阀响应时间的方法，是通过在阀口加装压力测试腔，高速开关阀开关时，压力在极短时间会有较为明显的变化。以检测压力测试腔瞬时变化的方式，间接测试阀芯位置变化，这种方法对工装条件要求较低，但是由于阀口后打开压力才会发生变化，不可避免导致压力变化滞后于阀芯位移变化，测试精度不高；而且这种方法仅能通过测试阀芯位置变化，得出高速开关阀的机械响应时间，无法得出其电磁响应时间；另外在较为复杂的变化工况或极端工况下，压力信号的变化滞后的问题更为突出，甚至存在无法测试响应时间的情况。

技术实现思路

[0008]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高速开关阀动态特性的测试系统及方法，旨在解决上述问题。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种高速开关阀动态特性的测试系统，包括高速开关阀、驱动控制模块、液压控制模块、数据采集模块、和上位机；所述高速开关阀与驱动控制模块、液压控制模块和数据采集模块分别连接；所述上位机与驱动控制模块和数据采集模块分别连接；所述驱动控制模块包括依次连接的控制器、逻辑模块和驱动器；所述控制器还与上位机连接；所述液压控制模块包括压力源和测试阀块；所述数据采集模块包括数据采集器、电流传感器、流量传感器和压力传感器；所述电流传感器获取驱动器与高速开关阀之间的电流；所述进油口安装流量传感器及压力传感；所述数据采集器与电流传感器、流量传感器、压力传感器和上位机分别连接。
[0010]进一步的，所述驱动器具有多个备用信号输出通道，以应用于单、双以及多个电磁铁驱动的高速开关阀，驱动器以可调电压源供电，输出不同幅值的模拟控制信号。
[0011]进一步的，所述压力源通过可调节供油压力的变量泵给出，有静态调节和动态调节两种方式，即在高速开关阀未工作和工作状态下进行压力调节。
[0012]进一步的，所述测试阀块具有多组进出口，以按照需求测试单个高速开关阀，或同时测试多个高速开关阀。
[0013]一种高速开关阀动态特性的测试方法，包括以下步骤：步骤S1：在上位机中，配置需要采集的各信号通道，并设置定时模式，即采样模式、采样率及待读取采样数；步骤S2：在上位机，写入各个信号转换倍率，并进行信号调零；步骤S3：设置各系统控制参数，包括：压力源大小、外负载大小、激励信号的频率、占空比、幅值大小、幅值的正、负、零及输出顺序；步骤S4：先开始数据采集，然后运行上位机中的驱动控制程序；步骤S5：待系统趋于稳定变化，先停止驱动控制程序，再结束数据采集；步骤S6：若数据正常保存，则分析数据得到高速开关阀的各响应时间，进一步分析其动态特性。
[0014]进一步的，所述高速开关阀的各响应时间包括电磁响应时间、机械响应时间、压力响应时间及流量响应时间：
（1）高速开关阀的电磁响应时间与机械响应时间，通过分析电磁铁线圈电流获得；在电流上升过程中，电流从0上升至第一个拐点的时间，为电磁响应时间；电流从第一个拐点下降至第二个拐点的时间，为机械响应时间；（2）高速开关阀的压力响应时间，通过对比分析阀前或阀后压力与电磁铁线圈电流获得；从电流上升过程中第二个拐点，到压力开始以二阶振荡型变化的时间，为压力响应时间；（3）高速开关阀的流量响应时间，通过对比分析流量与电磁铁线圈电流获得；从电流上升过程中第二个拐点，到流量开始以正弦型变化的时间，为流量响应时间。
[0015]进一步的，所述电流拐点由电磁铁线圈电感变化产生，在高频激励信号下为得到清晰的电流信号拐点，直接将大功率电阻与电磁铁串联，采集其两端的电压信号，替代电流传感器。
[0016]进一步的，所述大功率电阻阻值及其最大功率通过激励信号幅值及电磁铁线圈内阻得出；，。
[0017]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术利用电磁铁线圈电流信号间接得到响应时间，避免了直接测量高速开关阀电磁力及阀芯位移，无需在系统中额外为力或位移传感器提供工装条件，对于紧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速开关阀动态特性的测试系统，其特征在于，包括高速开关阀、驱动控制模块、液压控制模块、数据采集模块、和上位机；所述高速开关阀与驱动控制模块、液压控制模块和数据采集模块分别连接；所述上位机与驱动控制模块和数据采集模块分别连接；所述驱动控制模块包括依次连接的控制器、逻辑模块和驱动器；所述控制器还与上位机连接；所述液压控制模块包括压力源和测试阀块；所述数据采集模块包括数据采集器、电流传感器、流量传感器和压力传感器；所述电流传感器获取驱动器与高速开关阀之间的电流；所述进油口安装流量传感器及压力传感；所述数据采集器与电流传感器、流量传感器、压力传感器和上位机分别连接。2.根据权利要求1所述的一种高速开关阀动态特性的测试系统，其特征在于，所述驱动器具有多个备用信号输出通道，以应用于单、双以及多个电磁铁驱动的高速开关阀，驱动器以可调电压源供电，输出不同幅值的模拟控制信号。3.根据权利要求1所述的一种高速开关阀动态特性的测试系统，其特征在于，所述压力源通过可调节供油压力的变量泵给出，有静态调节和动态调节两种方式，即在高速开关阀未工作和工作状态下进行压力调节。4.根据权利要求1所述的一种高速开关阀动态特性的测试系统，其特征在于，所述测试阀块具有多组进出口，以按照需求测试单个高速开关阀，或同时测试多个高速开关阀。5.一种基于权利要求1
‑
4任一所述的一种高速开关阀动态特性的测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：在上位机中，配置需要采集的各信号通道，并设置定时模式，即采样模式、采样率及待读取采样...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健萌，王小康，杜恒，俞国康，黄惠，李雨铮，俞建超，张泽鑫，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：