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上海朔光科教設備有限公司
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SG-YD03 電液伺服比例綜合實驗臺

時間：2025-02-26 09:55:59

SG-YD03 電液伺服比例綜合實驗臺能完成液壓傳動課程的設計性、創造性、綜合性實驗，了解電液伺服位置控制系統的組成、工作原理和校正方法，了解電液比例閥/伺服閥的控制特性，掌握控制系統動態分析原理和時域參數的測試方法，深入理解數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響，是液壓學科中的學者、專家、工程技術人員的得力助手。

二、實驗內容
1、計算機控制電液比例位置系統的設計性實驗
1.1比例閥的性能測試
1.1.1比例溢流閥的壓力特性
a.比例溢流閥壓力特性測試裝置
b.比例溢流閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例溢流閥調壓特性及測試方法
1.1.2比例溢流閥的動態特性實驗
a.比例溢流閥的動態特性測試裝置
b.比例溢流閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例溢流閥動態特性各參數物理意義和計算方法
1.1.3電磁比例方向閥的流量特性實驗
a.電磁比例方向閥流量特性測試裝置
b.電磁比例方向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.電磁比例方向閥的流量特性及測試方法
1.1.4電磁比例方向閥的動態性能實驗
a.電磁比例方向閥的動態特性裝置
b.電磁比例方向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.電磁比例方向閥的動態特性和參數物理意義和測試方法
1.1.5比例調速閥的流量特性
a.比例調速閥流量特性測試裝置
b.比例調速閥的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.比例調速閥流量特性及測試方法
1.1.6比例調速閥的動態特性實驗
a.比例調速閥的動態特性測試裝置
b.比例調速閥壓力階躍響應特性曲線的測試方法
c.比例調速閥動態特性各參數物理意義和計算方法
1.2比例系統的設計性測試實驗
1.2.1電磁比例力控制系統性能實驗（閥控缸）
a.電磁比例力控制系統的組成、工作原理和校正方法
b.計算機在電磁比例力控制系統的作用
c.系統動態分析原理和時域參數的測試方法
d.數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響
1.2.2電磁比例位置控制系統的性能實驗（閥控缸）
a.電磁比例位置控制系統的組成、工作原理和校正方法
b.計算機在電磁比例位置控制系統的作用
c.系統動態分析原理和時域參數的測試方法
d.數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響
1.2.3電磁比例轉速控制系統的性能實驗（閥控馬達）
a.電磁比例轉速控制系統的組成、工作原理和校正方法
b.計算機在電磁比例轉速控制系統的作用
c.系統動態分析原理和時域參數的測試方法
d.數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響

3、伺服閥的性能測試（閥控缸）
3.1伺服換向閥的靜態特性實驗
a.伺服換向閥流量特性測試裝置
b.伺服換向閥控制器的輸入輸出特性的物理意義和測試方法
c.伺服換向閥的流量特性及測試方法
e.伺服換向閥的壓力增益特性的測試方法
f.伺服換向閥的頻率特性的測試方法
3.2伺服換向閥的動態性能實驗
a.伺服換向閥的動態特性裝置
b.伺服換向閥的流量階躍響應特性曲線的測試方法
c.伺服換向閥的頻率響應特性曲線（Bode圖）的測試方法
d.伺服換向閥的動態特性和參數物理意義和測試方法
3.3伺服換向閥的力控制系統性能實驗（閉環控制）
a.伺服換向閥的力控制系統的組成、工作原理和校正方法
b.計算機在伺服換向閥的力控制系統的作用
c.系統動態分析原理和時域參數的測試方法
d.數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響
e.閉環力控制系統
3.4伺服換向閥的位置控制系統的性能實驗（閉環控制）
a.伺服換向閥的位置控制系統的組成、工作原理和校正方法
b.計算機在伺服換向閥的位置控制系統的作用
c.系統動態分析原理和時域參數的測試方法
d.數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響
e．系統頻率特性分析
3.5、電液伺服閥的頻率特性測試
4、▲設備配套治具模塊
（1）機構滿足上下調節功能。
（2）機械臂采用上下臂設計并帶有 USB 口。
（3）具有左右調節、仰角調節及旋轉功能調節功能。
a.下臂旋轉角度調整范圍：大于210°
b.上臂旋轉：0-360°
c.左右調整范圍：-90°到+90°
d.仰角調節范圍：-50°到+35°
e.360°旋轉功能
f.自由升降系統，可以自由停止。
8.數據采集及仿真示教系統1套，帶有數據采集軟件及設備專用仿真軟件。
5、▲液壓起重機構
液壓起重機構，機構采用多連桿機構及新型直角聯軸器結構提供動力傳遞，，采用液壓動力源驅動，提供機構設計CAD圖及動畫演示視頻
6、▲比例伺服數據讀寫模塊：
改模塊采用整體式ABS注塑結構，模塊具有左右功能分區，左邊功能區包含5大類按鈕模塊，右邊含有四大類分區按鈕模塊，配套無線數據傳輸模塊最大傳輸速率達400Mbps，配備USB接口，提供實物照片和圖紙及模塊安裝視頻。

三、性能及特點
1、液壓泵站為外置結構，由油箱、柱塞泵、電機安全閥組、壓力表、冷卻系統過濾系統、管道、控制球閥以及蓄能器組成。
2、機架采用冷軋鋼板按工業標準產品精制加工，表面噴塑處理，液壓臺為“L”型平臺式結構，水平臺面為鋼板、漏網結構，立式面為顯示部分（精密壓力表，數顯二次儀表等）；水平臺面上裝有伺服/比例系統測試裝置（用于做伺服/比例方向閥的位置、力控制實驗），此伺服/比例系統測試裝置由高強度槽鋼精制而成，能夠防止臺面變形以及實驗時保證最佳穩定性。
3、系統采用多級蓄能器吸震，泵出口為一級，系統測試為二級。保證油源脈動小于額定壓力2.5%。回油管道大，系統回油壓力小于額定壓力3%。
4、電液伺服閥的頻率特性測試是以電液伺服閥為測試對象，測試閥的幅頻特性和相頻特性，繪制Bode圖 (即：對數幅頻特性和相頻特性圖)。
伺服閥的頻率測試部分，采用本公司研發的動態測試缸，作頻率分析，集成MTS磁致伸縮尺。動態測試缸是本公司結合現有技術開發的一種專門測試伺服、比例閥頻率的一種裝置。整套系統包括測試缸體、低摩擦活塞、速度傳感器、位移傳感器、激勵信號發生器以及LabvIEW平臺開發的測試軟件等，以上部件全由本公司開發完成，測試方式由激勵信號發生器給被試閥發出激震信號，伺服閥閥芯顫動頻率通過液體傳給活塞，從而引起活塞顫動，并把顫動信號傳給速度傳感器；

傳感器外置式動態測試缸
其測試原理：本實驗采用多步法測量伺服閥的頻率特性。單一頻率正弦激勵的多步法是在測量的頻率范圍內，選擇若干個頻率測試點；在每個測試點，用一定頻率和幅值的正弦波施加于伺服閥進行激勵，流量型的伺服閥的流量作為響應信號被采集。響應信號和激勵信號是同頻率的正弦信號，計算不同頻率下的兩信號的幅值比和相位差，即可獲得伺服閥的頻率特性，該動態缸的測試范圍為5~100Hz。

基于ARM電液伺服閥頻率特性測試數據采集板
本實驗采用動態測試缸速度傳感器間接地測量伺服閥輸出的流量信息，采用以單片機為內核的數字頻率采集卡產生一定頻率和幅值的正弦激勵信號輸入伺服閥線圈，伺服閥的閥心產生響應的運動，輸出流量驅動動態測試缸也產生響應的運動，連接在動態缸活塞上的速度傳感器測出信號和伺服閥輸出的流量值可等價的轉換，速度傳感器信號視為伺服閥的響應信號。正常工作狀態下，響應信號和激勵信號的頻率相等，但幅值和相位不相等。隨著激勵頻率的增大，響應信號的幅值愈來愈小，相位滯后愈來愈大。
－3

截止頻率和－

截止頻率是衡量伺服閥動態性能的重要參數。
－3

截止頻率的定義是隨激勵頻率的增大，幅頻值下降至－3

時的頻率。－

截止頻率的定義是隨激勵頻率的增大，相位差為－

時的頻率。
測試系統原理如下圖所示：

測試系統的激勵正弦信號的頻率和幅值由

機通過串口發出指令給數字頻率采集卡，數字頻率采集卡產生激勵信號并同步地采集速度傳感器地信號，實驗數據通過串口上傳給計算機。計算機的頻率分析軟件計算每一實驗頻率點的幅值比和相位差，并繪制Bode圖，計算－3

截止頻率和－

截止頻率。
測試狀態顯示
測試狀態指示燈顯示測試系統內的工作狀態，正常工作時指示燈變成亮綠色。狀態顯示包括：

卡、串口、動態缸對中及數字頻率采集卡（幅頻值設置、激勵/采樣、讀數據）。

5、伺服/比例系統位置、力控制實驗采用缸、模塊、閥集成式結構，以槽鋼為基座，工作油缸與負載油缸或擋塊（滑輪、砝碼）安裝其上，并可拆卸互換。實驗者可根據不同負載形式模擬實際工況進行實驗。結構形式如下圖。

（1）位置系統控制實驗
實驗裝置控制測試原理圖

實驗原理：
實驗系統是位置控制系統，被控物理參數（即系統輸出）是負載滑輪位移

。計算機發出一個給定值（階躍信號），經數字

控制器調節和數模轉換(

)后，產生控制信號

；由伺服放大器、伺服閥、加載液壓缸等組成的裝置使負載滑輪產生位移；位移量由光柵位移傳感器動態地檢測并通過光柵編碼器采集卡讀入計算機，構成閉環系統；控制最終目的是負載滑輪實際位移能準確地、快速地達到給定值。
該實驗測量系統對施加的階躍信號的動態響應；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調整時間、超調量、穩態誤差等；檢驗數字

控制器參數對時域性能指標的影響規律。動態響應特性的主要參數物理意義如下圖所示：

（2）力控制系統性能實驗
實驗裝置控制測試原理圖

實驗原理：實驗系統是力控制系統，被控物理參數（即系統輸出）是彈性負載所受的力F。計算機發出一個給定值（階躍信號），經數字PID控制器調節和數模轉換(D/A)后，產生控制信號u；由電液比例控制放大器、比例溢流閥、加載液壓缸、等組成的裝置對負載施加相應的力；施加力的大小由力傳感器動態地檢測并通過模數轉換（A/D）讀入計算機，構成閉環系統；控制最終目的是施加于彈性負載的實際力能準確地、快速地達到給定值。
該實驗測量系統對施加的階躍信號的動態響應（輸出力的）；計算位置響應的時域性能指標：上升時間、峰值時間、調整時間、超調量、穩態誤差等；檢驗數字PID控制器參數對時域性能指標的影響規律。動態響應特性的主要參數物理意義如下圖所示：

6、為了讓學生更熟悉、準確掌握常用PID控制器類型和算法以及數字PID控制器結構參數對系統動態性能的影響本公司還開發了一套系統仿真軟件。直接可在課堂操作，無需連接實驗臺，其設計思路與說明：系統仿真是用系統的數學模型來模擬一個真實系統動態特性的實驗技術方法。這門技術以成功運用于控制系統性能分析和實踐中。
系統仿真步驟：
（1）建立實際系統（部件和元件）的數學模型，即用數學表達式來描述輸入輸出關系；

（2）建立系統的仿真框圖模型，即用傳遞函數框圖描述實際關系；

（3）系統仿真，即編寫仿真程序、正確選擇仿真算法和設置仿真參數，并運行仿真程序；
（4）系統動態特性分析，反復調整系統或控制器參數，獲得最佳設計參數。

系統仿真結果的正確性和精度取決于數學模型和仿真參數。由于液壓系統本身的物理特性的非線性、不確定性、內外部因素作用下的變化性等，難以獲得準確的數學模型，需要大量的實驗。選擇合理的算法和仿真參數十分重要。這里采用4階定步距Runge-Kutta法。仿真模型包含有線性環節和非線性環節。
7、電器控制系統為獨立的柜式控制單元，分為電器控制部分和電器操作部分，電器操作面板上裝有操作按鈕、比例放大器及位二次儀表，電器柜布置安全合理，便于維修。

部分電氣原理圖1

部分電氣原理圖2

8、液壓元件均配有油路過渡模塊，通過金屬硬管或軟管與執行系統連接，保證在額定工作壓力下不漏油。
9、系統冷卻，采用專業的水冷方式，使系統測試溫度達到國家標準以內，有效排除油溫過高影響實驗精度的問題。
10、電源模塊帶三相漏電保護、輸出電壓380V/220V，對地漏電電流超過30mA即切斷電源；電氣控制采用直流24V電源，并帶有過壓保護，防止誤操作損壞設備。
11、實驗用液壓元件采用德國力士樂系列產品，具有高可靠性，嚴格按學校要求配置元器件。
12、實驗臺配置了完備的各類型傳感器，包括壓力傳感器、光柵位移傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、測速傳感器，以滿足各項實驗參數測試的需要。其它元件均采用國內知名廠家的產品。
13、實驗臺設計合理，測試精度高，閉環位置控制精度可以達到0.1mm。
14、實踐性強，學生可自己設計實驗，學習掌握液壓系統原理與功能；分析診斷原理性故障。

四、控制測試系統
1、實驗臺的計算機控制測試系統由計算機、數據采集卡、接口板、傳感器和電磁閥等組成。采用計算機加采集卡及相應傳感器、變換電路組成信號發生和采集的硬件系統，結合編制的專用軟件組成基于虛擬儀器的伺服/比例閥測試CAT系統。
2、系統軟件的界面是用美國NI公司的LabVIEW開發的，軟件界面直觀性強，操作方便，功能齊全，交互性好，除具有實測功能以外，還具有虛擬教學的功能，教師可以利用界面提供的數據窗口輸入不同的數據，得出不同的分析曲線，從而做到多種配置的理論分析。
3、伺服閥的頻率響應采用硬件形式的激勵信號發生器加上專用的頻響動態缸測試，測試結果真實準確，根據閥的性能不同，頻率響應最低可以做到50HZ以上。測試曲線（波德圖）實時顯示。
4、控制測試系統實現實驗室參數（壓力、流量、轉速、位移等）的自動數據檢測，自動處理、存儲、自動生成實驗報告和打印輸出等功能。
5、系統能實現回路電磁閥的自動控制，提高了實驗臺操作的自動化和智能化水平。
6、系統可同時進行6個二位電磁閥的控制。

五、技術參數
系統額定工作壓力：16 Mpa
電動機：Y160L-4           額定功率：11KW       額定轉速：1440r/min（1臺）
變量柱塞泵：25YCY14-1B   額定壓力：25Mpa        額定排量：17.8ml/rev
傳感器內置式動態測試缸，頻率響應在80HZ以上；
設備配套治具模塊 1套
液壓起重機構（帶直角聯軸器） 1套
比例伺服數據讀寫模塊 1套
鑄鐵平板尺寸：1200X750X60 mm
外形尺寸：實驗平臺：1300×830×950mm      控制柜：500×420×900mm

六、配置表

序號	類別	名稱	規格型號	數量	備注
1	液壓站	電機	Y160L-4 11KW	1	ABB
2		變量柱塞泵	25YCY14-1B	1
3		軸向柱塞液壓馬達	10MCM14-1B	1
4		先導式溢流閥	DB10-1-50/100Y	1
5		蓄能器	NXQ2-L4/315-L-H	1
6		蓄能器	NXQ2-L0.63/315-L-H	1
7		壓力表	Y-60	5
8		油路板	GYHYL	1
9		油箱	GYH-100L	1
10		油位指示計	YWZ-150	1
11		強磁濾油器	CGQ-20	1
12		吸油濾油器	WU-160*100-J	1
13		回油濾油器	WU-160*100-C	1
14		高壓濾油器	FPS-20-A-F10-01-R	1	意大利阿托斯Atos
15		空氣濾清器	EF-25	1
16		液壓油	L-HL 46抗磨液壓油	60L
17		冷卻器	OR60	1
18		球閥	YJZQ-J15N	4
19	液壓控制元件	伺服缸	UY1511D63/45-150HS	1
20		雙噴嘴擋板力反饋兩級電液流量伺服閥	DLHZOR-TES-SN-NP-040-L3(V)1/	1	意大利阿托斯Atos
21		頻響動態測試系統	GYH-DC/I	1
22		先導式比例溢流閥	SAGMZE-A-10/315/Y/S	1	意大利阿托斯Atos
23		比例放大器	EI-MI-AC-01F	1	意大利阿托斯Atos
24		電磁比例換向閥	DHZO-T-071-L3	1	意大利阿托斯Atos
25		比例放大器	E-BM-TEB-N-NP-05H	1	意大利阿托斯Atos
26		二通比例調整閥	QVKZOR-TES-SN-NP-10/65/I	1	意大利阿托斯Atos
27		比例放大器	E-BM-AS-PS-01H	1	意大利阿托斯Atos
28		伺服放大器	GYHSF-FD/I	1
29	測控器件	壓力變送器	7MF1567-3CB00-1AA1 25Mpa	4	德國西門子
30		流量傳感器	7ME6580-3FC14-2AA1	2	德國西門子
31		拉壓式稱重傳感器	S40AC3	1	德國HBM
32		流量數顯表	SY-FT8-D60	2
33		速度數顯表	SY-FT8-D80	1
34		有源放大器	SY-2C	1
35		霍爾傳感器	NJK-5001C	1
36		磁致伸縮尺傳感器	MTS:GHM0150MD601V4	1	德國MTS
37		電器控制模塊	GYH-TM01	1
38		數據通用接口板	GYH-SG02	1
39	軟件與文檔資料	實驗指導書	GYH-SYZ	1
40		動態頻率數據采集卡	GYHDP-JZ/I	1
41		系統采集控制軟件	GYH-CR01	1
42		流量傳感器說明書	GYH-SBC01	1
43		流量數顯表說明書	GYH-SBC01	1
44		光柵位移傳感器說明書	GYH-GSE02	1
45	輔助元件	三通接頭	M22×1.5	6
46		三通接頭	M14×1.5	5
47		耐壓膠管	GYH-25Mpa*1.5	4
48		伺服/比例系統測試裝置	GYH-SBC-10	1
49		負載砝碼	GYH-04	4
50	配套工具	活動扳手	GYH-10	1
51		活動扳手	GYH-12	1
52		開口扳手	GYH8-10	1
53		開口扳手	GYH12-14	1
54		開口扳手	GYH17-19	1
55		內卡環鉗	GYHLΦ10	1
56		外卡環鉗	GYHRΦ20	1
57		長十字起	GYHL20	1
58		一字起	GYHYE1	1
59		內六角扳手	GYHL-10	1
60		工具盒	GYHGH	1
61		防塵罩	GYHF-10	1
62	易損件	O型圈	φ22×2.4	10
63		O型圈	φ32×3	10
64		O型圈	φ40×3	10
65		O型圈	φ12×2.4	10
66		O型圈	φ10×1.9	10
67		信號燈	φ10	2
68		按鈕開關	LAY50-11DT	2
69		壓力表	Y60	1

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SG-YD03 電液伺服比例綜合實驗臺