基于虚拟仪器的液压伺服系统频率特性测试

　　前言

　　对于液压伺服系统,通常用闭环系统的频率特性来描述其跟踪性能,闭环频带越宽,系统的跟踪性能就越好。传统的系统频率特性需要使用专用频率特性分析仪,昂贵的价格使得其不容易在工程应用中推广,而且其只能输出固定的数据格式或者打印图表,不容易和通用计算机进行接口。在实际的液压伺服系统响应中,往往包含高频成分噪声,以及非线性的影响,使得曲线不够光滑,频率成分复杂,有时还包含一定的畸变,使得频率特性分析存在一定困难。仅仅通过简单的比较激励信号和响应信号,得出的频率特性往往跟实际值差别较大,而且当响应信号不够光滑时,很难得出系统的频率特性。

　　1　虚拟仪器

　　虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件,结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。灵活高效的软件能够创建完全自定义的用户界面,模块化的硬件能方便地提供全方位的系统集成,标准的软硬件平台能满足对同步和定时应用的需求。虚拟仪器的出现突破了传统仪器的概念,是仪器技术与计算机技术深层次相结合的产物,它的出现是仪器技术的一次革命,将传统的仪器测量带入一个新的时代。

　　利用虚拟仪器技术进行液压伺服系统频率特性测试不仅价格大大低于专用设备,而且软件编程灵活,使得同一硬件平台还可以用于其他测试项目,这样就等同于多台仪器,其性价比远远高于专用设备。

　　2　虚拟仪器测试平台搭建

　　本虚拟仪器测试平台由PXI总线机箱PXI-1045,PXI计算机控制器PXI-8196,任意波形发生器PXI-5422,高分辨率数字化仪PXI-5122以及LabVIEW软件组成。基于虚拟仪器构建的频率特性测试平台如图1所示,其中,由信号发生器单元PXI-5422产生的激励信号作用于待测液压伺服系统,得到的响应经过高分辨率数字化仪PXI-5122采集后送入计算机,以对应于各种不同种类激励/响应信号的算法(应用程序)进行处理,最后得出系统的频率特性。

　　3　虚拟仪器环境下频率特性测试方法

　　基于上述的虚拟仪器平台,本文提出了3种频率特性测试的LabVIEW算法,用于液压伺服系统的频率特性测试,下面分别叙述其原理和程序框图。

　　3. 1　试基于平滑滤波的频率特性测试

　　频率特性分析分为幅值比分析和相位差分析两部分,幅值比可以通过找出激励响应曲线各自不同频率点的幅值,计算其比值;相位差可以通过找出激励响应曲线各自的过零点,针对每一组相应的过零点位置之差,得出其相位差。

　　在实际的伺服系统响应中,往往包含高频成分噪声,以及非线性的影响,使得曲线不够光滑,频率成分复杂,有时还包含一定的畸变。要得到正确的频率特性分析结果,必须先对响应曲线进行平滑滤波等处理,然后计算其幅值比和相位差。