CN105387024A - 一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法。所述判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法包括如下步骤：步骤1：获得待判断的伺服阀以及作动缸的参数；步骤2：分别建立伺服阀以及作动缸的数学模型；步骤3：分别将所述步骤2中的伺服阀以及作动缸数学模型转换成伺服阀传递函数以及作动缸传递函数；步骤4：形成试验加载系统的耦合传递函数；步骤5：通过伯德图中截止频率判断响应速度，从而判断伺服阀与作动缸是否匹配。在本发明的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法不仅关注设备的静态特性，同时还可以获取设备的动态响应以及阀和缸的匹配性信息，节省试验准备时间，降低试验成本和风险。

Description

一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法

技术领域

本发明涉及飞机结构静强度试验技术领域，特别是涉及一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法。

背景技术

在飞机结构强度试验中，控制器控制液压设备(伺服阀和作动缸)对试验件施加载荷，所以液压设备对于结构试验是非常重要的，所以液压设备的静动态性能直接影响结构试验运行。结构试验中使用的液压设备一般是喷嘴挡板伺服阀和非对称作动缸。

目前，其选型工作是通过伺服阀的额定流量和作动缸的吨位、行程来完成的，即仅关注了设备的静态特性，所以试验人员难以获知液压设备的动态响应，同时难以判断伺服阀和作动缸是否匹配，这些问题造成试验中液压设备工作异常，不得不更换作动缸或者伺服阀，给试验工作带来了不便，而且增加了工作量，影响了试验进度，导致试验成本和风险增大。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法来克服或至少减轻现有技术的中的至少一个上述缺陷。

为实现上述目的，本发明提供一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，用于飞机结构强度试验中的伺服阀和作动缸，所述判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法包括如下步骤：步骤1：获得待判断的伺服阀以及作动缸的参数；步骤2：分别建立伺服阀以及作动缸的数学模型；步骤3：分别将所述步骤2中的伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数，即伺服阀传递函数以及作动缸传递函数；步骤4：将所述步骤3中的伺服阀传递函数以及作动缸传递函数耦合，从而形成试验加载系统的耦合传递函数；步骤5：根据伺服阀以及作动缸的基本属性参数绘制伺服阀传递函数、作动缸传递函数以及试验加载系统的耦合传递函数的伯德图，并通过伯德图中截止频率判断响应速度，从而判断伺服阀与作动缸是否匹配。

优选地，所述步骤3中的分别将所述步骤2中伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数具体通过卡普拉斯变换方法进行转换。

优选地，所述步骤1中的伺服阀的参数具体为：伺服阀固有频率ω_sv、阀阻尼比ξ_sv、阀增益K_sv；所述作动缸作动缸的参数具体为:后腔活塞面积A₁、作动缸前腔活塞面积A₂、作动缸活塞及活塞杆的质量m、液压油源的体积模量β_e、粘度系数C_o。

优选地，所述步骤3中的伺服阀传递函数的表达式为：

$G_2\left(s\right)=\frac{X_v\left(s\right)}{I\left(s\right)}=\frac{k_{sv}{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}{s^2+2{\mathrm{\ω}}_{sv}{\mathrm{\ξ}}_{sv}s+{\mathrm{\ω}}_{sv}^2},$ 其中，

G₂(S)伺服阀传递函数；X_v(s)伺服阀位移；I(s)伺服阀输入电流；K_sv为伺服阀增益；ω_sv为伺服阀固有频率；ξ_sv为伺服阀阻尼比；s拉普拉斯算子；ω_sv和ξ_sv可由伺服阀厂商提供的伺服阀响应曲线估计得出，M90是相位滞后90deg时对应幅值，ω_sv为伺服阀100％开口的频响曲线中最大幅值比所对应频率。

优选地，所述步骤3中的作动缸传递函数的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{G}_3\left(s\right)=\frac{X_p\left(s\right)}{X_v\left(s\right)}=\frac{1}{\frac{h_1{V}_{0}m}{2{\mathrm{\β}}_e{A}_{01}}{s}^3+{\mathrm{mk}}_c\sqrt{\frac{h_1}{h_2{A}_{01}{A}_{02}}}{s}^2+A_{e}s}\\ \mathrm{\α}=\frac{A_2}{A_1}\\ A_{01}={\mathrm{\αA}}_1+(1-\mathrm{\α})A_2\\ A_{02}={\mathrm{\αA}}_2+(1-\mathrm{\α})A_1\\ h_1=\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\α})}{10(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}\\ h_2=\frac{(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{(\mathrm{\α}-1)}{10}\\ A_e=\frac{A_1+A_2}{2}\\ K_{co}=\frac{{\mathrm{\πr}}_c^2\mathrm{\ω}}{32C_o}\end{array}\right.$ 其中，

G₃(S)作动缸传递函数；X_p(s)为活塞位移；X_v(s)伺服阀阀芯位移；α活塞两侧面积比；h₁、h₂比例系数；k_co零位压力流量系数；m为折算到活塞和活塞杆上运动部分的质量；V_o为作动缸压力腔容积；A₁为作动缸后腔活塞面积；A₂为作动缸前腔活塞面积；A₀₁、A₀₂为活塞正负向运动时的活塞等效城压面积；A_e为活塞平均面积；β_e为液压油体积模量；r_c为阀芯阀套间的径向间隙；C_o为油液粘度；ω为伺服阀节流窗口面积梯度；s拉普拉斯算子。

优选地，所述步骤4中的试验加载系统的耦合传递函数为：G(S)＝G₂(S)×G₃(S)，其中，

G(S)耦合的加载系统传递函数；G₂(S)为：伺服阀传递函数；G₃(S)为：作动缸传递函数。

优选地，所述步骤5中的伺服阀以及作动缸的基本参数为：伺服阀的额定流量、作动缸吨位和行程。

在本发明的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法不仅关注设备的静态特性，同时还可以获取设备的动态响应以及阀和缸的匹配性信息，节省试验准备时间，降低试验成本和风险。

附图说明

图1是本发明一实施例的飞机结构静强度PID参数调试方法的流程示意图。

图2是图1所示的飞机结构静强度PID参数调试方法中的伺服阀控制作动缸的结构原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是本发明一实施例的飞机结构静强度PID参数调试方法的流程示意图。图2是图1所示的飞机结构静强度PID参数调试方法中的伺服阀控制作动缸的结构原理图。

如图1所示的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，用于飞机结构强度试验中的伺服阀和作动缸，所述判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法包括如下步骤：步骤1：获得待判断的伺服阀以及作动缸的参数；步骤2：分别建立伺服阀以及作动缸的数学模型；步骤3：分别将所述步骤2中的伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数，即伺服阀传递函数以及作动缸传递函数；步骤4：将所述步骤3中的伺服阀传递函数以及作动缸传递函数耦合，从而形成试验加载系统的耦合传递函数；步骤5：根据伺服阀以及作动缸的基本属性参数绘制伺服阀传递函数、作动缸传递函数以及试验加载系统的耦合传递函数的伯德图，并通过伯德图中截止频率判断响应速度，从而判断伺服阀与作动缸是否匹配。

在本实施例中，步骤3中的分别将步骤2中伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数具体通过卡普拉斯变换方法进行转换。

在本实施例中，所述步骤1中的伺服阀的参数具体为：伺服阀固有频率ω_sv、阀阻尼比ξ_sv、阀增益K_sv；作动缸作动缸的参数具体为:后腔活塞面积A₁、作动缸前腔活塞面积A₂、作动缸活塞及活塞杆的质量m、液压油源的体积模量β_e、粘度系数C_o。

参见图2，在本实施例中，所述步骤3中的伺服阀传递函数的表达式为：

$G_2\left(s\right)=\frac{X_v\left(s\right)}{I\left(s\right)}=\frac{k_{sv}{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}{s^2+2{\mathrm{\ω}}_{sv}{\mathrm{\ξ}}_{sv}s+{\mathrm{\ω}}_{sv}^2},$ 其中，

G₂(S)伺服阀传递函数；X_v(s)伺服阀位移；I(s)伺服阀输入电流；K_sv为伺服阀增益；ω_sv为伺服阀固有频率；ξ_sv为伺服阀阻尼比；s拉普拉斯算子；ω_sv和ξ_sv可由伺服阀厂商提供的伺服阀响应曲线估计得出，M90是相位滞后90deg时对应幅值，ω_sv为伺服阀100％开口的频响曲线中最大幅值比所对应频率。

参见图2，在本实施例中，所述步骤3中的作动缸传递函数的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{G}_3\left(s\right)=\frac{X_p\left(s\right)}{X_v\left(s\right)}=\frac{1}{\frac{h_1{V}_{0}m}{2{\mathrm{\β}}_e{A}_{01}}{s}^3+{\mathrm{mk}}_c\sqrt{\frac{h_1}{h_2{A}_{01}{A}_{02}}}{s}^2+A_{e}s}\\ \mathrm{\α}=\frac{A_2}{A_1}\\ A_{01}={\mathrm{\αA}}_1+(1-\mathrm{\α})A_2\\ A_{02}={\mathrm{\αA}}_2+(1-\mathrm{\α})A_1\\ h_1=\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\α})}{10(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}\\ h_2=\frac{(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{(\mathrm{\α}-1)}{10}\\ A_e=\frac{A_1+A_2}{2}\\ K_{co}=\frac{{\mathrm{\πr}}_c^2\mathrm{\ω}}{32C_o}\end{array}\right.$ 其中，

G₃(S)作动缸传递函数；X_p(s)为活塞位移；X_v(s)伺服阀阀芯位移；α活塞两侧面积比；h₁、h₂比例系数；k_co零位压力流量系数；m为折算到活塞和活塞杆上运动部分的质量；V_o为作动缸压力腔容积；A₁为作动缸后腔活塞面积；A₂为作动缸前腔活塞面积；A₀₁、A₀₂为活塞正负向运动时的活塞等效城压面积；A_e为活塞平均面积；β_e为液压油体积模量；r_c为阀芯阀套间的径向间隙；C_o为油液粘度；ω为伺服阀节流窗口面积梯度；s拉普拉斯算子。

在本实施例中，所述步骤4中的试验加载系统的耦合传递函数为：G(S)＝G₂(S)×G₃(S)，其中，

G(S)耦合的加载系统传递函数；G₂(S)为：伺服阀传递函数；G₃(S)为：作动缸传递函数。

在本实施例中，所述步骤5中的伺服阀以及作动缸的基本参数为：伺服阀的额定流量、作动缸吨位和行程。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，用于飞机结构强度试验中的伺服阀和作动缸，其特征在于，所述判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法包括如下步骤：

步骤1：获得待判断的伺服阀以及作动缸的参数；

步骤2：分别建立伺服阀以及作动缸的数学模型；

步骤3：分别将所述步骤2中的伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数，即伺服阀传递函数以及作动缸传递函数；

步骤4：将所述步骤3中的伺服阀传递函数以及作动缸传递函数耦合，从而形成试验加载系统的耦合传递函数；

步骤5：根据伺服阀以及作动缸的基本参数绘制伺服阀传递函数、作动缸传递函数以及试验加载系统的耦合传递函数的伯德图，并通过伯德图中截止频率判断响应速度，从而判断伺服阀与作动缸是否匹配。

2.如权利要求1所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤3中的分别将所述步骤2中伺服阀以及作动缸数学模型转换成各自的传递函数具体通过卡普拉斯变换方法进行转换。

3.如权利要求2所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤1中的伺服阀的参数具体为：伺服阀固有频率ω_sv、阀阻尼比ξs_v、阀增益K_sv；

所述作动缸作动缸的参数具体为:后腔活塞面积A₁、作动缸前腔活塞面积A₂、作动缸活塞及活塞杆的质量m、液压油源的体积模量β_e、粘度系数C_o。

4.如权利要求3所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤3中的伺服阀传递函数的表达式为：

$G_2\left(s\right)=\frac{X_v\left(s\right)}{I\left(s\right)}=\frac{k_{sv}{\mathrm{\ω}}_{sv}^2}{s^2+2{\mathrm{\ω}}_{sv}{\mathrm{\ξ}}_{sv}s+{\mathrm{\ω}}_{sv}^2},$ 其中，

G₂(S)伺服阀传递函数；X_v(s)伺服阀位移；I(s)伺服阀输入电流；K_sv为伺服阀增益；ω_sv为伺服阀固有频率；ξ_sv为伺服阀阻尼比；s拉普拉斯算子；ω_sv和ξ_sv可由伺服阀厂商提供的伺服阀响应曲线估计得出，M90是相位滞后90deg时对应幅值，ω_sv为伺服阀100％开口的频响曲线中最大幅值比所对应频率。

5.如权利要求4所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤3中的作动缸传递函数的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}{G}_3\left(s\right)=\frac{X_p\left(s\right)}{X_v\left(s\right)}=\frac{1}{\frac{h_1{V}_{0}m}{2{\mathrm{\β}}_e{A}_{01}}{s}^3+{\mathrm{mk}}_c\sqrt{\frac{h_1}{h_2{A}_{01}{A}_{02}}}{s}^2+A_{e}s}\\ \mathrm{\α}=\frac{A_2}{A_1}\\ A_{01}={\mathrm{\αA}}_1+(1-\mathrm{\α})A_2\\ A_{02}={\mathrm{\αA}}_2+(1-\mathrm{\α})A_1\\ h_1=\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{\mathrm{\α}(2-\mathrm{\α})(1-\mathrm{\α})}{10(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}\\ h_2=\frac{(1+{\mathrm{\α}}^2-\mathrm{\α})}{1+{\mathrm{\α}}^2}+\frac{(\mathrm{\α}-1)}{10}\\ A_e=\frac{A_1+A_2}{2}\\ K_{co}=\frac{{\mathrm{\πr}}_c^2\mathrm{\ω}}{32C_o}\end{array}\right.$ 其中，

G₃(S)作动缸传递函数；X_p(s)为活塞位移；X_v(s)伺服阀阀芯位移；α活塞两侧面积比；h₁、h₂比例系数；k_co零位压力流量系数；m为折算到活塞和活塞杆上运动部分的质量；V_o为作动缸压力腔容积；A₁为作动缸后腔活塞面积；A₂为作动缸前腔活塞面积；A₀₁、A₀₂为活塞正负向运动时的活塞等效城压面积；A_e为活塞平均面积；β_e为液压油体积模量；r_c为阀芯阀套间的径向间隙；C_o为油液粘度；ω为伺服阀节流窗口面积梯度；s拉普拉斯算子。

6.如权利要求5所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤4中的试验加载系统的耦合传递函数为：

G(S)＝G₂(S)×G₃(S)，其中，

G(S)耦合的加载系统传递函数；G₂(S)为：伺服阀传递函数；G₃(S)为：作动缸传递函数。

7.如权利要求1所述的判断伺服阀和作动缸是否匹配的方法，其特征在于，所述步骤5中的伺服阀以及作动缸的基本参数为：伺服阀的额定流量、作动缸吨位和行程。