伺服液壓缸響應頻率的在線檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬液壓缸性能測試技術領域，尤其設伺服系統(tǒng)液壓缸響應頻率檢測方法。
【背景技術】
[0002] 伺服系統(tǒng)液壓缸屬于一種控制精度高、響應頻率高的液壓缸，其響應頻率是整個 伺服系統(tǒng)中一個至關緊要的因素。然而伺服液壓缸的正常運行對現(xiàn)場環(huán)境要求較高，經(jīng)常 出現(xiàn)性能指標下降的故障，特別是其響應頻率的衰減。液壓缸一旦出現(xiàn)故障時如果沒有好 的性能檢測方法，不但會影響整個控制系統(tǒng)，甚至可導致對設備本身的損害。目前對伺服液 壓缸性能的檢測系統(tǒng)軟、硬件的要求都相對較高，一般企業(yè)現(xiàn)場無法具備相應的檢測設備 及方法，都是將其送至專業(yè)檢測部口進行離線檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供伺服液壓缸響應頻率的一種在線檢測方法。目 前對伺服液壓缸響應頻率的檢測系統(tǒng)軟、硬件的要求都相對較高，一般企業(yè)現(xiàn)場無法具備 相應的檢測設備及方法，都是將其送至?？诘臋z測部口離線檢測。本發(fā)明主要針對液壓缸 響應頻率檢測的新方法進行性研究。首先利用簡單且適用于現(xiàn)場的試驗器材，對液壓缸進 行動態(tài)的壓力、位移進行測試，利用得到的測試數(shù)據(jù)構成辨識對，并采用子空間辨識方法得 到其數(shù)學模型、得到其響應頻率，從而對其響應頻率進行測試及監(jiān)控。實踐證明該方法為現(xiàn) 場的液壓缸性能測試提供了良好基礎，并且該方法對類似系統(tǒng)也具有一定的借鑒意義。
【附圖說明】
[0004] 圖1測試原理圖
[0005] 圖2測試采集數(shù)據(jù)圖
[0006] 圖3液壓缸輸出仿真圖
[0007] 圖4液壓缸階數(shù)圖
[0008] 圖5液壓缸響應頻率圖
【具體實施方式】
[0009] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的伺服液壓缸響應頻率的一種在線檢測方法， 包括W下的步驟：
[0010] (1)數(shù)據(jù)采集
[0011] 利用現(xiàn)場的系統(tǒng)對糾偏液壓缸進行數(shù)據(jù)采集，在液壓缸兩腔連接壓力傳感器，并 對活塞桿連接位移傳感器（測試原理圖見圖1)?？刂埔簤焊祝杉钊麠U位移信號數(shù)據(jù) S化)、液壓缸有桿腔壓力Pl化)、無桿腔壓力P2化）信號（測試采集數(shù)據(jù)見圖2)。利用數(shù)據(jù) 采集卡將信號記錄。
[0012] (2)利用系統(tǒng)辨識數(shù)學建模的方法計算液壓缸性能指標
[0013] 我們首先對液壓缸進行動態(tài)的壓力、位移進行測試，利用得到的測試數(shù)據(jù)構成辨 識對。采用子空間辨識方法得到其數(shù)學模型，從而得到液壓缸性能指標、響應頻率。將活塞 桿位移信號數(shù)據(jù)S化）作為系統(tǒng)的輸出信號，將活塞有桿腔壓力Pl化)、無桿腔壓力P2化）的 信號數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入信號。
[0014] 子空間方法的基本思想就是從線性系統(tǒng)的幾何性質(zhì)角度出發(fā)，由輸入輸出Hankel 矩陣投影的行子空間和列子空間來獲取模型參數(shù)。子空間辨識方法的核屯、即得到廣義可觀 測矩陣或者狀態(tài)序列的估計值，然后利用上述信息求解系統(tǒng)狀態(tài)空間模型。整個辨識過程 可W分為兩大步：第一步，先對采樣數(shù)據(jù)構成的特定線性空間進行分解，將其分解成兩個相 互正交的子空間，其中一個對應系統(tǒng)的信號部分，而另一個則對應噪聲部分。然后，利用系 統(tǒng)信號子空間得到系統(tǒng)的廣義可觀測矩陣或者狀態(tài)序列的估計值。第二步，利用前面得到 的廣義可觀測矩陣或者狀態(tài)序列，估計計算系統(tǒng)矩陣。子空間辨識主要使用系統(tǒng)的輸入輸 出數(shù)據(jù)，辨識得到系統(tǒng)的狀態(tài)空間描述。
[0015] (3)響應頻率的計算
[0016] 現(xiàn)結(jié)合附圖W某一伺服液壓缸為例來具體說明本發(fā)明是如何實施的：依據(jù)現(xiàn)場采 集液壓缸數(shù)據(jù)對液壓缸響應頻率進行計算：
[0017] (a)將采集來的糾偏液壓缸活塞桿位移信號數(shù)據(jù)S化）作為系統(tǒng)的輸出信號，將活 塞有桿腔壓力Pl化)、無桿腔壓力P2化）的信號數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的輸入信號。所W液壓缸定義 為2輸入，1輸出系統(tǒng)。當系統(tǒng)為n階時，系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型可表示為：
[001 引Xw=Axk+BUkYk=CXk+DUk
[0019] AGRnXn，BGRnXm，CGRlXn，DGRlXm，m= 2,I=I
[0020] 其中：m為液壓缸系統(tǒng)輸入個數(shù)，I為輸出個數(shù)，n為系統(tǒng)階數(shù)，UkGR哺ykER" 分別為k時刻的液壓缸系統(tǒng)輸入和輸出測量值，XkGR"為k時刻的過程狀態(tài)。W下的步驟 就是根據(jù)子空間MSID方法進行計算得到系統(tǒng)模型。首先確定系統(tǒng)輸入/輸出Hankie矩 陣為：
[0022] 化）利用Hankel矩陣可W推出輸入、輸出數(shù)據(jù)和狀態(tài)矩陣滿足下面的方程：
[002引Y0|i1=r品+即0|;i+V0|i1
[0024] YiiZii=r龍+H化|2ii+Vi|2ii
[0025] Xi=A、〇+AiUoii1
[002引在已知系統(tǒng)輸入、輸出化|ii，Ui|2ii和Yniii)的情況下，使得性能指標J= IYi|2iI-ZiM達到最小的￥柏1最優(yōu)估計為：
[002引上式表示A的行空間在B的行空間上投影，根據(jù)W上公式可W得到：
[0030] 對其進行奇異值分解得到：
[0031] 因此可W由上式得到出：
[003引 化）從W上結(jié)論可W精確地確定系統(tǒng)矩陣A和C，其中在Ri2和R22中，B和D都是 線性的。且A，C，和Tl,Tii,Ri2和R22都已確定，所W可W運用最小二乘法求解B和D。根 據(jù)W上求解過程及試驗所得樣本數(shù)據(jù)得到液壓缸系統(tǒng)的數(shù)學模型為：
[0033] Xk+i=Axk+BUk+Wk
[0034] Yk=Cxk+DUk+Vk
[0035] 其中：
IC=(I0)D= (0 0)
[0036] 最后利用得到的系統(tǒng)狀態(tài)空間模型進行仿真計算，得液壓缸輸出仿真圖形（見圖 3)，液壓缸階數(shù)圖（見圖4)，液壓缸響應頻率圖（見圖5)。
【主權項】
1. 伺服液壓缸響應頻率的在線檢測方法，其特征在于： 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供伺服液壓缸響應頻率的一種在線檢測方法。目前對 伺服液壓缸響應頻率的檢測系統(tǒng)軟、硬件的要求都相對較高，一般企業(yè)現(xiàn)場無法具備相應 的檢測設備及方法，都是將其送至專門的檢測部門離線檢測。本發(fā)明主要針對液壓缸響應 頻率檢測的新方法進行性研究。首先利用簡單且適用于現(xiàn)場的試驗器材，對液壓缸進行動 態(tài)的壓力、位移進行測試，利用得到的測試數(shù)據(jù)構成辨識對，并采用子空間辨識方法得到其 數(shù)學模型、得到其響應頻率，從而對其響應頻率進行測試及監(jiān)控。2. 根據(jù)權利要求1所述的伺服液壓缸響應頻率的一種在線檢測方法，其特征在于：利 用現(xiàn)場的簡單試驗器材，對液壓缸進行動態(tài)的壓力、位移進行測試，利用得到的測試數(shù)據(jù)構 成辨識對，并采用子空間辨識方法得到其數(shù)學模型、得到其響應頻率，實踐證明該方法為現(xiàn) 場的液壓缸性能測試提供了良好基礎，并且該方法對類似系統(tǒng)也具有一定的借鑒意義。
【專利摘要】本發(fā)明是提供伺服液壓缸響應頻率的一種在線檢測方法。目前對伺服液壓缸響應頻率的檢測系統(tǒng)軟、硬件的要求都相對較高，一般企業(yè)現(xiàn)場無法具備相應的檢測設備及方法，都是將其送至專門的檢測部門離線檢測。本發(fā)明主要針對液壓缸響應頻率檢測的新方法進行性研究。首先利用簡單且適用于現(xiàn)場的試驗器材，對液壓缸進行動態(tài)的壓力、位移進行測試，利用得到的測試數(shù)據(jù)構成辨識對，并采用子空間辨識方法得到其數(shù)學模型、得到其響應頻率，從而對其響應頻率進行測試及監(jiān)控。實踐證明該方法為現(xiàn)場的液壓缸性能測試提供了良好基礎，并且該方法對類似系統(tǒng)也具有一定的借鑒意義。
【IPC分類】F15B19/00
【公開號】CN105370665
【申請?zhí)枴緾N201510855527
【發(fā)明人】鄭剛, 葉興海
【申請人】鎮(zhèn)江四聯(lián)機電科技有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月27日