Zusammenfassung: Dieser Artikel untersucht ein automatisches Testverfahren für elektrohydraulische Servoventile. Das Funktionsprinzip des Hydrauliksystems wird erläutert, die Hardware-Zusammensetzung der automatischen Mess- und Steuereinheit vorgestellt und der Kernalgorithmus des Software-Designs sowie die Implementierung der automatischen Funktionen detailliert beschrieben. 1 Einleitung Elektrohydraulische Servoregelungssysteme spielen eine wichtige Rolle im Bereich der Regelungstechnik, insbesondere bei leistungsstarken, schnellen und präzisen Regelsystemen. Elektrohydraulische Servoventile sind die Hauptaktoren dieser Systeme. Die Leistungsprüfung der Ventile vor Auslieferung und nach Wartungsarbeiten ist unerlässlich. Traditionelle Testsysteme bestehen zumeist aus diskreten analogen Messgeräten. Während der Prüfung zeichnen die analogen Messgeräte typischerweise simulierte Testkurven auf Papier auf, oder die Testdaten werden vom Prüfpersonal erfasst und anschließend manuell verarbeitet, um Leistungskennzahlen zu erhalten. Dieses Verfahren ist offensichtlich arbeitsintensiv, langsam, ineffizient und ungenau. Mit der rasanten Entwicklung der Mikroelektronik und Computertechnologie hat sich die computergestützte Testtechnologie (CAT) in der Prüfung von Hydrauliksystemen weit verbreitet. Es bietet Vorteile wie hohe Prüfgenauigkeit, hohe Geschwindigkeit, hohe Kosteneffizienz, hohe Wiederholgenauigkeit und hohe Zuverlässigkeit und hat vielversprechende Anwendungsperspektiven. Daher untersucht diese Arbeit eine Methode zur automatischen Prüfung von elektrohydraulischen Servoventilen auf Basis der CAT-Technologie. 2. Funktionsprinzip des automatischen Prüfsystems Gemäß der Norm GB/T15623-1995B erfordert die automatische Prüfung von elektrohydraulischen Servoventilen die Durchführung statischer Leistungsprüfungen (Leerlaufkennlinie, Druckverstärkungskennlinie, Lastkennlinie) und dynamischer Leistungsprüfungen (Amplituden-Frequenz-Kennlinie, Phasen-Frequenz-Kennlinie). Die Leistungskennwerte können direkt aus den Kennlinien abgelesen werden, und die Kennlinien können als Datendateien gespeichert und jederzeit abgerufen werden. Das hydraulische Prüfprinzip entspricht der nationalen Norm. Die automatische Prüfung nutzt moderne Sensor-, Elektronik- und Computertechnologie, um jeden Punkt schnell, automatisch und kontinuierlich zu prüfen, Datendateien zu speichern und automatisch Kennlinien zu generieren. Dadurch werden die bisherigen manuellen Einzelpunktprüfungen, das Ablesen analoger Messgeräte, die Datenaufzeichnung und das Zeichnen von Kennlinien durch Prüfpersonal ersetzt. Dies liefert die verschiedenen Leistungskennwerte des elektrohydraulischen Servoventils. Die Leerlauf-, Last- und dynamischen Kennlinien sind dabei die aussagekräftigsten. Für die automatisierte Prüfung ist das Prüfsystem in ein hydraulisches Prüfstandsystem und eine automatische Mess- und Steuereinheit unterteilt. [align=center] Abbildung 1: Schematische Darstellung des hydraulischen Prüfstandsystems[/align] Das Funktionsprinzip des hydraulischen Prüfstandsystems ist in Abbildung 1 dargestellt. Der Öffnungs-/Schließzustand des Absperrventils während der verschiedenen Kennlinienprüfungen des elektrohydraulischen Servoventils ist in Tabelle 1 dargestellt. Durch die Verwendung eines manuell betätigten Absperrventils wird der Hydraulikkreislauf effektiv abgedichtet, wodurch der gelegentliche unvollständige Hub eines elektromagnetisch betätigten Ventils vermieden und Prüffehler reduziert werden. Die automatische Umschaltung jedes Prüfpunktes des elektrohydraulischen Servoventils 8 wird von einer automatischen Mess- und Steuereinheit gesteuert, wodurch der Prozess der Ventilöffnungsänderung während der Leerlauf- und Lastkennlinienprüfungen automatisiert wird. Zur automatischen Systembelastung dient ein Proportional-Überdruckventil 5 als Gegendruckventil. Dieses passt den Systemlastdruck automatisch an und automatisiert so die Druckverstärkungs- und Lastkennlinienprüfung. Dadurch werden die Nachteile manueller Belastung wie zufällige Störungen, ungenaue Quantifizierung und lange Belastungszeiten vermieden. [align=center] Tabelle 1: Ein-/Aus-Status des Absperrventils[/align] Das System verwendet einen Hydraulikzylinder und einen Wegsensor zur Berechnung des Arbeitsvolumenstroms des elektrohydraulischen Servoventils. Der berechnete Volumenstrom ist nicht nur präzise, ​​sondern behebt auch die Nachteile großer Durchflussmesserfehler und minimaler Durchflussgrenzen. Unter der Steuerung der Endschalter 22 und 24 sowie des elektromagnetischen Wegeventils 21 verfügt der statische Zylinder 23 während der statischen Funktionsprüfung über einen effektiv unendlichen Hub. Der Arbeitsvolumenstrom des elektrohydraulischen Servoventils wird durch Differenzieren des Wegsignals des Wegsensors 25 und Multiplikation mit der effektiven Fläche des statischen Zylinders 23 ermittelt. Das Vorzeichen des Volumenstroms wird durch das Vorzeichen des elektrischen Steuersignals des Prüflings bestimmt. Die automatische dynamische Leistungsprüfung nutzt ein Frequenzbereichs-Sweep-Verfahren. Die Arbeitsfrequenz des dynamischen Zylinders 12 beträgt 400 Hz und erfüllt damit die Anforderungen an die dynamische Leistungsprüfung des zu prüfenden elektrohydraulischen Servoventils. Die automatische Steuereinheit versorgt das elektrohydraulische Servoventil mit einem sinusförmigen Anregungssignal von 0–200 Hz. Aus dem vom Wegsensor 20 erfassten Wegverlauf des dynamischen Zylinders werden die dynamischen Eigenschaften des elektrohydraulischen Servoventils abgeleitet. 2. Automatische Steuereinheit basierend auf CAT-Technologie: Ein typisches Hardware-System zur Signalgenerierung und -erfassung besteht aus einem Industrie-PC, einer DA/AD-Wandlerkarte und den entsprechenden Mess- und Wandlungsschaltungen. Zusammen mit einer speziell entwickelten Software bildet dies die automatische Steuereinheit für das elektrohydraulische Servoventil. Die automatische Steuereinheit kann den Öffnungsgrad des zu prüfenden Ventils 8 und des Gegendruckventils 5 je nach Prüfanforderungen automatisch regeln, Daten wie Druck, Durchfluss und Stromstärke an jedem Messpunkt erfassen und speichern sowie automatisch Kennlinien generieren. 2.1 Hardwareaufbau Die Hardware der automatischen Mess- und Steuereinheit für das elektrohydraulische Servoventil besteht aus einem Sensor, einer Datenerfassungskarte, einem Industrie-PC und einer elektronischen Steuerung (siehe Abbildung 2). Der Drucksensor ist ein piezoresistiver Sensor, der Wegsensor ein Differenzwandler. Die A/D-Datenerfassungskarte ist eine PCL-818L von Advantech mit einer Abtastrate von bis zu 40 kHz pro Kanal. Sie verfügt über 8 Eingangskanäle und nutzt eine Differenzeingangsverdrahtung. Die D/A-Datenerfassungskarte ist eine PCL-726 von Advantech mit einem DC-Ausgang von ±10 V und 6 Ausgangskanälen. Die zusätzlichen Eingangs- und Ausgangskanäle können für die Prüfung anderer Hydrauliksysteme genutzt werden. Die Vorteile dieser Teststruktur liegen in ihrer einfachen Handhabung, Flexibilität und hohen Vielseitigkeit. [align=center] Abbildung 3: Programmablaufdiagramm für die automatische Messung und Steuerung[/align] Abbildung 3 zeigt den Programmablauf zur Generierung automatischer Steuersignale sowie zur automatischen und präzisen Erfassung und Speicherung stabiler Daten. U1 und U2 legen die oberen und unteren Grenzwerte des Steuerspannungssignals für das Hydraulikventil fest, und n bestimmt die Anzahl der Messpunkte auf der Kennlinie. ΔU ist die Schrittweite des automatisch generierten Steuerspannungssignals, berechnet durch (U1-U2)/n. U ist das Spannungssignal, das das Hydraulikventil steuert und automatisch gemäß dem ansteigenden Gesetz U=U2+iΔU ausgegeben wird, um die Änderung des Messpunkts des Hydraulikventils zu steuern. q ist der Arbeitsdurchfluss des zu prüfenden Ventils, berechnet anhand des statischen Zylinders und des Wegsensors. Nach Ausgabe des Steuersignals U wird im Programm ein Verzögerungselement implementiert, dessen Größe empirisch anhand der Stabilisierungszeit bei Änderung des Messpunkts des normalen Hydraulikventils (in der Regel 2-5 s) festgelegt werden kann. Im stabilen Zustand liest das System die stabilen Daten des entsprechenden Sensors von der Datenerfassungskarte und speichert sie automatisch in einer Datentabellendatei. Gleichzeitig wird automatisch die zugehörige Kennlinie generiert. Abbildung 4 zeigt den Programmablauf zur automatischen Beurteilung der Stabilität des Hydrauliksystems anhand der Sensordaten. Grundlage der Beurteilung sind die Änderung des Durchflusses und die Programmlaufzeit, die im Algorithmus implementiert sind. a und b sind Zwischenvariablen des Programmablaufs, t ist der Timer, n legt die Anzahl der Datenvergleichspunkte für die Stabilitätsprüfung fest, τ die maximale Programmlaufzeit für die Stabilitätsprüfung, δ den zulässigen Fehler des stabilen Signals und q den Durchfluss des statischen Zylinders. Das Verzögerungselement im Programm bestimmt die Zeitdifferenz der n zu beurteilenden Punkte und gewährleistet so die Stabilitätsprüfung des Durchflusses q. In der Praxis des automatischen Testsystems hat sich bei n = 10 eine Verzögerung von 40–60 ms bewährt. Ist der Wert zu klein, lässt sich die Stabilität nicht genau beurteilen; ist er zu groß, wird Systemlaufzeit verschwendet. Der beschriebene Kernalgorithmus des Programmentwurfs zeigt seine hohe Vielseitigkeit und breite Anwendbarkeit. Er kann zur Entwicklung von Softwaresystemen für die automatische Prüfung von elektrohydraulischen Servoventilen in verschiedenen Programmiersprachen eingesetzt werden. 3 Experiment [align=center] Abbildung 4: Flussdiagramm des Programms zur Beurteilung der Stabilität des Hydrauliksystems[/align] LabVIEW, eine relativ standardisierte und ausgereifte grafische Programmiersprache, ermöglicht die einfache Entwicklung virtueller Bedienfelder, die Generierung automatischer Steuersignale und die Realisierung von Funktionen wie Datenerfassung, -analyse, -verarbeitung und -speicherung. Zur weiteren Validierung der Forschungsergebnisse entwickelte der Autor einen Teil des automatischen Testsystems für elektrohydraulische Servoventile auf Basis der LabVIEW-Softwareplattform und gemäß den oben beschriebenen Testmethoden. Auf einem einfachen Prüfstand wurde für einige Leistungstests ein elektrohydraulisches Proportional-Wegeventil vom Typ 34B-H10/25B anstelle des elektrohydraulischen Servoventils verwendet. Die gemessenen Kennlinien sind in den Abbildungen 5 und 6 dargestellt. [align=center] Abbildung 5: Leerlauf-Durchflusskennlinie Abbildung 6: Druck-Durchflusskennlinie[/align] 4 Schlussfolgerung Die experimentellen Untersuchungen zeigen, dass die in diesem Beitrag beschriebene automatische Testmethode für das elektrohydraulische Servoventil vollständig realisierbar ist, das entwickelte System stabil arbeitet und die Testgenauigkeit und -geschwindigkeit deutlich verbessert. Darüber hinaus kann diese Methode flexibel auch für die automatische Prüfung anderer hydraulischer Komponenten und Systeme eingesetzt werden.