一种高适应性液压超高压自动控制系统的设计与实现

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超高压耐压性能测试是许多液压产品的重要测试项目之-，某液压厂要定期抽取部分产品做超高压爆破试验，以验证其产品的极限性能。过去采用人工手动加压方式，存在加压速度慢、安全隐患大、控制精度低等诸多问题。为此，我们设计和研制了超高压试验台，实现超高压自动控制、产品监控和隔离。

1 测试系统组成与工作原理1.1 系统组成综合被试件超高压爆破试验《试验大纲》要求 ，同时考虑超高压加压的安全性和可靠性，考虑系统自动加压的要求，整个试验台由超高压泵站、控制柜、监控试验台三大部分组成，各部分之间相互独立，又相辅相成。

1)超高压泵站超高压泵站是系统核心，负责供油和加压，主液压回路如图 1所示。

采用变频器带动定量泵供油，通过 V/F控制变频输出进而控制加压和升压速度；气动截止阀和卸荷阀控制保压与卸荷；空压机负责给各气动阀供气。超高压泵使用现在最先进的变频技术，可以根据使用要求，充分发挥在低压时高速、高压时慢速、稳定、没有压力过冲的优点。

691.吸油过滤器 2.定量泵 3.变频电机 4.泵端卸荷阀5.单向阀 6.容器卸荷阀 7.气动截止阀 8.高压过滤器9.压力表 10.压力传感器 11.手动卸荷阀12.试压容器 13.空气压缩机图1 系统主液压原理图2)控制柜控制柜”对超高压泵站”、监控试验台”进行数据采集、状态监视、集中控制。如图2为系统控制原理图。

控制柜主要功能如下：(1)监视超高压泵站和监控试验台的实时压力；收稿 日期：2013-01.21作者简介：张志鹏(1987-)，男，四Jil乐山人，硕士，研究方向为测试计量技术及仪器 ，从事机电集成及其控制方面的研究工作。

l4 液压与气动 2013年第8期蒿 l圣I 藿晖打愈 l罨l图 2 系统控制原理图(2)根据反馈压力信号，控制调节系统各参量；(3)对试验数据进行监视，防止异常出现，并实时保存和作图；(4)产品视频监控，人机交互，保存重要时段监控视频备查。

3)监控试验台主要有保证各种被试产品快速连接、装夹而设计的高压管汇和夹具。此外，还包括摄像头、云台等监控设备。

1.2 系统工作原理参见图 1，首先，将被试产品连接到监控试验台高压管汇上。然后，打开计算机启动测试系统，进入主界面”-参数设置”，设置产品压力的数值、段数，以及每次保压的时间，退回到主界面”，点击开始试验”。此时，计算机 自动启动变频器控制定量泵加压，并实时对系统压力进行监控。根据产品开始升压的时间和初始压力的速率，确定产品容器的大致容积，由容积确定不同的控制策略，直至达到预定的压力。到达预定压力后，停止定量泵，同时控制气动截止阀关闭，进入保压状态。保压时间到，打开气动截止阀，启动定量泵进入下-段加压。加压、保压都完成后，控制容器卸荷阀和泵端卸荷阀打开，卸去产品和泵端高压。最后，更换新的产品继续试验或关闭退出系统。

2 主要问题分析与解决2.1 千扰 问题系统采用 PCI-1202多功能数据采集卡做采集和控制，由于受到变频器和工厂复杂电磁环境的影响，采集到的压力传感器信号波动很大，根本无法使用。我们首先对于扰原因进行了分析和查找：现场试验证明变频器、空压机等强电设备运行会严重干扰压力传感器数据；此外，现场电源相当不稳定，也对传感器信号造成较大干扰。

在硬件和软件两方面采取以下措施：(1)硬件 电源方面，采用交流参数稳压电源，解决工厂复杂电源环境对传感器信号的影响；对强干扰源变频器加装电抗器、交流滤波器；压力传感器信号线加滤波电容，已滤除高频干扰；传感器电缆采用双绞屏蔽电缆，并单端接地；将变频器、空压机等强电地和传感器信号地分开；强电电缆和弱电电缆用金属波纹屏蔽管隔离，并且屏蔽管双端接地；走线上，强电和弱电尽量分开，并十字交叉走线。

(2)软件 软件滤波的方法比较多，有限幅滤波法、中位值滤波法、算术平均滤波法、去最高最低值滤波法、递推平均滤波法、-阶滞后滤波法、加权递推平均滤波法等。在本系统中，考虑实用性和运算速度，最终综合采用了算术平均滤波法、去最高最低滤波法。

采取-系列屏蔽措施后，传感器信号明显改善，如图3所示为系统压力数据信号前后对比图。

图3 干扰处理前后信号对比图2.2 适 应性 问题系统要求的产品容积范围为0～20 L，考虑到充油不能太慢(小于20 min)，故设计超高压泵最大流量为60 I/h(额定工作压力 120 MPa)。同时还要保证加压精度，要求全量程不小于 ±0.5 MPa，保压精度为0.7 MPa/IO min。变频器在基频 50 Hz时，达到最大流量。我们采用的是 v/F控制，最低频率-般不低于5 Hz，即变频器频率范围为5～50 Hz。那么相应的流量输出范围为6～60 L/h。

根据液体可压缩性公式：ap：KV/V (1)式中，卸 为压力变化量，即升压速率；K为液压油体积弹性模量，系统试验液压油的体积弹性模量(约为 1.5×10 MPa)；AV代表灌人的液体体积，即实时流量；V代表总容器体积。

要求升压速率不小于 1.0 MPa/s，变频器频率大于5 Hz，即流量输出大于6 L/h，带人公式(1)可得总容器体积 必须大于 1.25 L。即若采用简单的 V/F