CN103423239B - 基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置及方法，该方法包括：颤振信号发生器输出颤振信号；工作信号发生器输出工作信号；加法器将工作信号与颤振信号进行叠加，得到叠加信号，并将叠加信号发送至待测的电液伺服系统；带通滤波器接收电液伺服系统中LVDT输出的电压信号，并对电压信号进行滤波处理；第一幅值检测电路检测滤波处理后的电压信号的幅值；颤振幅值发生器输出颤振幅值信号；第一减法器将电压信号的幅值与颤振幅值信号相减，得到第一差值；比例积分调节器根据第一差值输出比例积分系数；乘法器将颤振信号与比例积分系数相乘，得到乘积信号，将乘积信号输入至所述的加法器。本发明能够测定电液伺服系统的死区大小。
Description
技术领域
本发明关于测定电液伺服系统参数的技术领域，特别是关于测定电液伺服系统的死区的技术，具体的讲是一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置及方法。
背景技术
电液伺服系统的死区是指在电液伺服系统的实际使用中，由于存在干摩擦、铰链间隙、滑阀的过封度等因素的影响，电液伺服系统中存在的一定不灵敏度。死区的大小可以表征其不灵敏的程度，死区过大，会严重影响装置控制精度，引起装置振荡、甩负荷后不能维持空转等严重缺陷，所以在设计、制造、安装和运行中，都应该努力使电液伺服系统的死区减至最小。如何准确的测定电液伺服系统的死区对实际生产有着重要意义。
目前，国内测试电液伺服系统死区的方法普遍包含在测定迟缓率里，其方法为：输入的信号汽轮机的转速先缓慢上升到一个值，平稳(相对而言)一段时间后，再缓慢下降到原来的初始值，然后以油动机位移输出为横坐标、汽轮机转速为纵坐标进行绘图，图中的滞回曲线包围的面积就近似代表静特性图中的不灵敏区。由图上的信息就可以计算出装置的迟缓率。
现有技术中的上述测定汽轮机调速装置的方法，并不能直接测得电液伺服系统的死区，而且由于无法使装置维持在理想静态中，因此，无法摆脱动态对装置迟缓率造成的影响，测试时转速的变化率对测定结果影响很大，导致测定得的迟缓率并不能反映装置的真实情况。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述技术问题，提出了一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置及方法，能够简单准确的测量出电液伺服系统死区的大小。
本发明的目的之一是，提供了一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置，包括：颤振信号发生器，通过乘法器与加法器相连接，用于输出颤振信号；工作信号发生器，与所述的加法器相连接，用于输出工作信号；所述的加法器，分别与所述的工作信号发生器以及所述的乘法器相连接，用于将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；带通滤波器，与所述的电液伺服系统相连接，用于接收所述电液伺服系统中位移传感器LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理；第一幅值检测电路，与所述的带通滤波器相连接，用于检测滤波处理后的电压信号的幅值；颤振幅值发生器，与第一减法器相连接，用于输出颤振幅值信号；所述的第一减法器，与所述的颤振幅值发生器以及所述的第一幅值检测电路相连接，用于将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；PI比例积分调节器，与所述的第一减法器以及所述的乘法器相连接，用于根据所述的第一差值输出比例积分系数；所述的乘法器，与所述的PI调节器以及所述的颤振信号发生器相连接，用于将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；第二幅值检测电路，与所述的乘法器相连接，用于检测所述的乘积信号的幅值；第二减法器，与所述的第二幅值检测电路以及所述的颤振幅值发生器相连接，用于将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区。
本发明的目的之一是，提供一种利用测定装置测定基于自适应颤振的电液伺服系统死区的方法，包括：颤振信号发生器输出颤振信号；工作信号发生器输出工作信号；加法器将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；带通滤波器接收所述电液伺服系统中位移传感器LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理；第一幅值检测电路检测滤波处理后的电压信号的幅值；颤振幅值发生器输出颤振幅值信号；第一减法器将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；PI比例积分调节器根据所述的第一差值输出比例积分系数；乘法器将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；第二幅值检测电路检测所述的乘积信号的幅值；第二减法器将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区。
本发明的有益效果在于，提出的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法及装置，能够测定电液伺服系统的死区大小，其中的颤振信号可以根据电液伺服系统死区大小的不同进行自适应的调整，最终得到电液伺服系统的死区大小，该测量方案操作简单，容易实现。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置的实施方式一的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置的实施方式二的结构示意图；
图3为具体实施例中应用本发明提供的测定装置测定电液伺服系统死区的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法的实施方式一的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法的实施方式二的流程图；
图6为本发明提供的具体实施例中加法器的电路图；
图7为本发明提供的具体实施例中减法器的电路图；
图8为本发明提供的具体实施例中乘法器的电路图；
图9为本发明提供的具体实施例中带通滤波器的电路图；
图10为本发明提供的具体实施例中幅值检测电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置的实施方式一的结构示意图，由图1可知，测定装置在实施方式一中具体包括：
颤振信号发生器100，通过乘法器900与加法器300相连接，用于输出颤振信号，颤振信号诸如为A sin(ωt)，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号幅值A的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同，颤振信号的频率ω小于电液伺服系统中油动机的响应频率；
工作信号发生器200，与所述的加法器300相连接，用于输出工作信号，该工作信号的大小应为待测的电液伺服系统的机组常运行负荷点的调门指令，伺服系统是机组的部件，测定装置是测量机组的电液伺服系统死区的大小；
所述的加法器300，分别与所述的工作信号发生器200以及所述的乘法器900相连接，用于将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；
带通滤波器400，与所述的电液伺服系统相连接，用于接收所述电液伺服系统中LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理。带通滤波器的中心频率与所述的颤振信号的频率相同。
第一幅值检测电路500，与所述的带通滤波器400相连接，用于检测滤波处理后的电压信号的幅值；
颤振幅值发生器600，与第一减法器700相连接，用于输出颤振幅值信号，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号为常值，且其数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同，颤振幅值信号的频率小于电液伺服系统中油动机的响应频率。
所述的第一减法器700，与所述的颤振幅值发生器600以及所述的第一幅值检测电路500相连接，用于将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；
PI比例积分调节器800，与所述的第一减法器700以及所述的乘法器900相连接，用于根据所述的第一差值输出比例积分系数；
所述的乘法器900，与所述的PI调节器800以及所述的颤振信号发生器100相连接，用于将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；
第二幅值检测电路1000，与所述的乘法器900相连接，用于检测所述的乘积信号的幅值；
第二减法器1100，与所述的第二幅值检测电路1000以及所述的颤振幅值发生器600相连接，用于将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区。
图2为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置的实施方式二的结构示意图，由图2可知，在实施方式二中，测定装置除了实施方式一中的各个部件外，还包括死区显示部件1200，与所述的第二减法器1100相连接，用于接收所述的第二差值，并将所述的第二差值进行显示。如此，测定装置可直观的显示出待测的电压伺服系统的死区，方便用户使用。
图4为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法的实施方式一的流程图，由图4可知，在实施方式一中，该方法具体包括：
S101：颤振信号发生器输出颤振信号，颤振信号诸如为A sin(ωt)，，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号幅值A的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同，颤振信号的频率ω小于电液伺服系统中油动机的响应频率；
S102：工作信号发生器输出工作信号，该工作信号的大小应为待测的电液伺服系统的机组常运行负荷点的调门指令，伺服系统是机组的部件，测定装置是测量机组的电液伺服系统死区的大小；
S103：加法器将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；
S104：带通滤波器接收所述电液伺服系统中LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理。带通滤波器的中心频率与所述的颤振信号的频率相同。
S105：第一幅值检测电路检测滤波处理后的电压信号的幅值；
S106：颤振幅值发生器输出颤振幅值信号，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号为常值，且其数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同，颤振幅值信号的频率小于电液伺服系统中油动机的响应频率。
S107：第一减法器将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；
S108：PI比例积分调节器根据所述的第一差值输出比例积分系数；
S109：乘法器将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；
S110：第二幅值检测电路检测所述的乘积信号的幅值；
S111：第二减法器将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区。
图5为本发明实施例提供的一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法的实施方式二的流程图，由图5可知，在实施方式二中，该方法还包括：
S112：死区显示部件接收所述的第二差值，并将所述的第二差值进行显示。如此，测定装置可直观的显示出待测的电压伺服系统的死区，方便用户使用。
下面结合具体的实施例，详细介绍本发明的技术方案。图3为具体实施例中应用本发明提供的测定装置测定电液伺服系统死区的示意图，由图3可知，
颤振信号发生器输出的颤振信号A sin(ωt)通过乘法器后与工作信号叠加。实际作用的颤振信号是乘法器的输出A'Asin(ωt)，这里A'是PI调节器的输出，如果A'增加，则颤振信号加强；如果A'减小，则颤振信号减弱。
电液伺服系统接收到所述的叠加信号后，经过伺服卡PID、电液转换器、油动机，电液伺服系统的位移输出通过高精度位移传感器LVDT转换成为电压值VS，由于颤振信号的频率是固定的，通过中心频率与颤振信号频率相等的带通滤波模块，从VS中分离出只与颤振信号相关的部分，在经过第一幅值检测模块，取得代表电液伺服系统颤振幅值AD。若乘法器的输出A'Asin(ωt)的幅值较小，即颤振信号的波动没有引起电液伺服系统位移的变化，没有克服其死区大小，则作用在PI调节器上，A'增大；如果颤振信号的幅值可以克服电液伺服系统的死区，则颤振信号会引起电液伺服系统位移的较大变化，则作用在PI调节器上，A'减小。因此当系统稳定后，颤振信号发生器的实际幅值A'A减去颤振给定幅值即为电液伺服系统死区大小。
在该具体的实施例中，颤振信号发生器的型号为DG1032Z，工作信号发生器的型号为DG1032Z，颤振幅值发生器的型号为DG1032Z，加法器、减法器、乘法器分别通过图6、图7、图8所示的电路来实现，带通滤波器通过图9所示的滤波器来实现，第一幅值检测电路、第二幅值检测电路通过图10所示的电路来实现，PI调节器的型号为XMPA-3000，死区显示部件的型号为ADS1022C。
下面以图3为例，详细介绍运用本发明提供的测定装置测定电液伺服系统的具体过程。
1.设定电液伺服系统的工作信号，即调门指令，工作信号的大小应为机组常运行负荷点时的调门指令。
2.稳定后设置颤振信号幅值A* D，给电液伺服系统的工作信号叠加一个颤振信号A sin(ωt)，如果电液伺服系统一直没有较大的位移(相对于它本身的微小波动而言)，则说明颤振信号幅值小于电液伺服系统的死区。
3.此时增大颤振信号的幅值，直至电液伺服系统系统有了较大的位移。
4.这里颤振信号的幅值可以根据电液伺服系统的死区大小进行自动调节，其自适应控制方案原理如图3所示。
5.电液伺服系统死区大小等于系统稳定后颤振信号发生器的实际幅值A'A减去颤振给定幅值
6.方案中给定颤振信号幅值A* D的大小数量级应与电液伺服系统死区大小相当。颤振信号A sin(ωt)中，幅值A的大小数量级应与电液伺服系统死区大小相当，频率ω应小于电液伺服系统中油动机的响应频率。
本发明提供的测定装置，可以封装成硬件设施，其输入为LVDT输出的电压信号，其输出信号直接送到伺服系统的伺服卡中。本发明中用到的带通滤波模块、幅值检测电路、PI调节器、颤振信号发生器还可以根据需要，通过数字电路实现或利用模拟量电路实现。
综上所述，本发明的有益成果是：提供了一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置及方法，能够测定电液伺服系统的死区大小，同时该测定装置中的颤振信号可以根据电液伺服系统死区大小的不同进行自适应的调整，最终得到电液伺服系统的死区大小。该测量方法操作方法简单，容易实现。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(装置)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理装置以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理装置上，使得在计算机或其他可编程装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程装置上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (11)
1.一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定装置，其特征是，所述的测定装置包括：
颤振信号发生器，通过乘法器与加法器相连接，用于输出颤振信号；
工作信号发生器，与所述的加法器相连接，用于输出工作信号，其中，所述工作信号为待测的电液伺服系统的机组常运行负荷点的调门指令；
所述的加法器，分别与所述的工作信号发生器以及所述的乘法器相连接，用于将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；
带通滤波器，与所述的电液伺服系统相连接，用于接收所述电液伺服系统中位移传感器LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理；
第一幅值检测电路，与所述的带通滤波器相连接，用于检测滤波处理后的电压信号的幅值；
颤振幅值发生器，与第一减法器相连接，用于输出颤振幅值信号；
所述的第一减法器，与所述的颤振幅值发生器以及所述的第一幅值检测电路相连接，用于将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；
PI比例积分调节器，与所述的第一减法器以及所述的乘法器相连接，用于根据所述的第一差值输出比例积分系数；
所述的乘法器，与所述的PI比例积分调节器以及所述的颤振信号发生器相连接，用于将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；
第二幅值检测电路，与所述的乘法器相连接，用于检测所述的乘积信号的幅值；
第二减法器，与所述的第二幅值检测电路以及所述的颤振幅值发生器相连接，用于将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区；
死区显示部件，与所述的第二减法器相连接，用于接收所述的第二差值，并将所述的第二差值进行显示。
2.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是，所述的带通滤波器的中心频率与所述的颤振信号的频率相同。
3.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号的幅值的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同。
4.根据权利要求3所述的测定装置，其特征是，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号的频率小于电液伺服系统中油动机的响应频率。
5.根据权利要求1所述的测定装置，其特征是，所述的颤振幅值发生器输出的颤振幅值信号的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同。
6.一种基于自适应颤振的电液伺服系统死区的测定方法，其特征是，所述的测定方法应用于权利要求1所述的测定装置，所述的方法具体包括：
颤振信号发生器输出颤振信号；
工作信号发生器输出工作信号；
加法器将所述的颤振信号通过所述的乘法器后与工作信号叠加，得到叠加信号，并将所述的叠加信号发送至待测的电液伺服系统；
带通滤波器接收所述电液伺服系统中位移传感器LVDT输出的电压信号，并对所述的电压信号进行滤波处理；
第一幅值检测电路检测滤波处理后的电压信号的幅值；
颤振幅值发生器输出颤振幅值信号；
第一减法器将所述电压信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第一差值；
PI比例积分调节器根据所述的第一差值输出比例积分系数；
乘法器将所述颤振信号与所述比例积分系数相乘，得到乘积信号，将所述的乘积信号输入至所述的加法器；
第二幅值检测电路检测所述的乘积信号的幅值；
第二减法器将所述乘积信号的幅值与所述颤振幅值信号相减，得到第二差值，所述的第二差值即为电液伺服系统的死区。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的方法还包括死区显示部件接收所述的第二差值，并将所述的第二差值进行显示。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的带通滤波器的中心频率与所述的颤振信号的频率相同。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号的幅值的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征是，所述的颤振信号发生器输出的颤振信号的频率小于电液伺服系统中油动机的响应频率。
11.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的颤振幅值发生器输出的颤振幅值信号的数量级与待测的电液伺服系统的死区的数量级相同。
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