關(guān)于小型氣缸在舵機(jī)負(fù)載測試中的應(yīng)用研究

鄧亞軍 郭少華 毛云姣

（山西汾西重工有限責(zé)任公司，太原 030027）

前言

在氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)當(dāng)中，氣缸由于結(jié)構(gòu)簡單、安裝便捷、耐用、成本低，且缸徑尺寸的可選擇性較高，成為了一種應(yīng)用最為廣泛的執(zhí)行元件。根據(jù)不同系統(tǒng)對(duì)氣缸尺寸的差異化要求，8～25mm缸徑的為小型氣缸，十分適用于小型舵機(jī)的氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。在小型舵機(jī)當(dāng)中，充分運(yùn)用氣缸的連接作用，能夠支持舵機(jī)實(shí)現(xiàn)20N負(fù)載的自動(dòng)測試，這對(duì)保證舵機(jī)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，具有重要意義。

1 測試流程概述

8～25mm缸徑的為小型氣缸，在小型舵機(jī)測試過程中，負(fù)擔(dān)著有效連接相關(guān)設(shè)備的重要責(zé)任。本文僅對(duì)小型舵機(jī)測試20N拉力和推力進(jìn)行研究，實(shí)際測試過程中，需要讓雙伸桿式小型氣缸的拉桿，與舵機(jī)的負(fù)載端部進(jìn)行有效連接；同時(shí)，氣缸還需與換向閥用四氯乙烯管進(jìn)行連接。完成連接之后，上位機(jī)軟件系統(tǒng)會(huì)通過控制換向閥動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸的間接控制，使氣缸拉桿能夠按照測試需求輸出相應(yīng)的拉力或推力，并控制拉力與推力為測試所需的20N的力。當(dāng)氣缸輸出的壓力與推力，能夠滿足舵機(jī)的負(fù)載要求時(shí)，在其余機(jī)械結(jié)構(gòu)的共同作用下，即可實(shí)現(xiàn)20N負(fù)載的自動(dòng)測試。

2 測試前準(zhǔn)備工作

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室小型舵機(jī)負(fù)載測試的過程中，需要有效模擬舵機(jī)的實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，包括小型氣缸等執(zhí)行元件、傳感器、驅(qū)動(dòng)器與控制計(jì)算機(jī)等，都要做好相應(yīng)連接，并進(jìn)行有效調(diào)試。試驗(yàn)結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)部分，其一是加載系統(tǒng)，其二是待測舵機(jī)，連接過程中，為避免舵機(jī)損壞，需要在加載側(cè)進(jìn)行機(jī)械限位[1]。執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)中，選用活塞直徑為16mm的小型氣缸，并將壓強(qiáng)調(diào)解為0.1MPa，在此種狀態(tài)下，能夠使得氣缸的輸出壓力和拉力滿足舵機(jī)負(fù)載的相關(guān)要求。

3 測試結(jié)果分析

3.1 靜態(tài)加載試驗(yàn)

靜態(tài)加載試驗(yàn)所得靜態(tài)加載精度，能夠集中反映舵機(jī)系統(tǒng)的靜態(tài)增益、克服死區(qū)等非線性能力與傳感器的輸出噪聲影響。在進(jìn)行靜態(tài)加載試驗(yàn)時(shí)，加載過程由上位機(jī)軟件控制換向閥，進(jìn)而控制氣缸拉桿，當(dāng)控制輸出拉力與推力為20N時(shí)，得到的力矩加載精度均值為20.0056N·m，此時(shí)的誤差均值為-0.0056N·m，將平均值與穩(wěn)態(tài)誤差指標(biāo)1%FS的要求進(jìn)行對(duì)比，能夠發(fā)現(xiàn)該舵機(jī)的靜態(tài)加載試驗(yàn)精度，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 動(dòng)態(tài)性能測試

動(dòng)態(tài)加載試驗(yàn)的主要作用，是考察加載系統(tǒng)對(duì)正弦指令的跟蹤能力。測試過程中，上機(jī)位軟件輸出的轉(zhuǎn)矩，即為正弦信號(hào)，通過改變信號(hào)的頻率與幅值，能夠獲得相應(yīng)的頻寬變化。根據(jù)相關(guān)舵機(jī)測試指標(biāo)要求，加載系統(tǒng)在進(jìn)行跟蹤時(shí)，單頻正弦指令信號(hào)的頻率為0～10Hz，幅值10N·m時(shí)，相角差異應(yīng)在小于10°的范圍內(nèi)。通過分析測試結(jié)果，在不斷調(diào)整指令頻率的過程中，隨著指令頻率的不斷增大，其相角偏移的規(guī)律并不明顯，但均在-3.55°～-1.77°，且幅值衰減的動(dòng)態(tài)誤差在3%FS的相應(yīng)指標(biāo)之下。由此可見，舵機(jī)負(fù)載自動(dòng)測試系統(tǒng)當(dāng)中的加載系統(tǒng)的跟蹤能力，能夠滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.3 多余力矩抑制效果

舵機(jī)負(fù)載自動(dòng)測試系統(tǒng)當(dāng)中，多余力矩最易對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，且干擾程度相對(duì)較大。以小型氣缸為核心的自動(dòng)測試系統(tǒng)中，加載部分的加載性能，會(huì)在多余力矩的作用下，受到極大的抑制作用，因此，在實(shí)際測試過程中，必須對(duì)多余力矩的抑制效果，進(jìn)行有效考察與分析，如此才能保證小型舵機(jī)負(fù)載測試的有效進(jìn)行。對(duì)此，首先要輸入轉(zhuǎn)矩信號(hào)為0，在這一狀態(tài)下，舵機(jī)將進(jìn)行正弦擺動(dòng)；然后，通過觀察舵機(jī)的擺動(dòng)幅值與頻率變化狀況，進(jìn)一步分析舵機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)多余轉(zhuǎn)矩大小的影響效果。測試過程中根據(jù)相關(guān)要求調(diào)整舵機(jī)的正弦擺動(dòng)狀態(tài)，當(dāng)其擺動(dòng)頻率小于2Hz、幅值在±10deg之間時(shí)，所得多余力矩在3%FS以下；當(dāng)保持其擺動(dòng)頻率不變，繼續(xù)調(diào)整幅值至±20deg之間時(shí)，多余力矩將在5%FS以下的范圍內(nèi)，由此可見，隨著小型舵機(jī)運(yùn)動(dòng)幅值的增大，多余轉(zhuǎn)矩的幅值也將相應(yīng)增大[2]。而當(dāng)舵機(jī)的運(yùn)動(dòng)幅值保持在±10deg之間時(shí)，調(diào)整其運(yùn)動(dòng)頻率發(fā)生相應(yīng)變化，此時(shí)多余轉(zhuǎn)矩將隨著頻率的增加而增加。

由此可見，小型氣缸在舵機(jī)負(fù)載測試過程中，為有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測試效果，且保證測試精度，應(yīng)通過系統(tǒng)調(diào)節(jié)等操作，有效降低多余力矩的抑制效果，從而充分實(shí)現(xiàn)測試價(jià)值。

4 結(jié)束語

綜上所述，探究小型氣缸在舵機(jī)負(fù)載測試中的應(yīng)用，有利于提升舵機(jī)氣動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性。通過相關(guān)分析，利用氣缸的兩個(gè)氣口接入氣源，結(jié)合一些機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)舵機(jī)負(fù)載自動(dòng)測試。在實(shí)際測試過程中，應(yīng)嚴(yán)格遵照相關(guān)設(shè)備連接標(biāo)準(zhǔn)與操作原則，以保證自動(dòng)測試效果的順利形式，并通過有效的測試結(jié)果分析，獲得更多可靠數(shù)據(jù)，為舵機(jī)的后續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，奠定良好的基礎(chǔ)。