气动电磁阀综合性能测试系统的研究

《液气压世界》2010年第5期　浙江大学流体传动及控制国家重点实验室　郑培根、陶国良　
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摘要：依据气动电磁阀的性能要求、技术条件以及相关标准的要求，设计了气动电磁阀综合性能测试系统，详细分析了各性能的测试方法，并在此基础上对某二位三通电磁开关阀进行测试，测试结果证明了测试系统的通用性和可靠性。

关键词：电磁阀；性能；测试系统；测试方法；VC++

气动电磁阀因其结构简单，阀口抗污染和抗干扰能力强，重复性好，动作稳定可靠，体积小，重量轻和价格低廉等优点，广泛应用于流体传动及控制系统中。目前，国内外针对气动电磁阀的检测内容和检测方法的国家标准或行业标准并不完善，对气动电磁阀测试系统的开发也大多数停留在单一或部分性能的测试。基于此背景，作者结合传感器技术、工控机、虚拟仪器技术，研究了一套能够对气动电磁阀综合性能进行测试的系统。以下介绍了测试系统硬件和软件组成、各种性能测试方法以及系统设计过程中的关键问题及解决方法。

启动程序并完成参数初始化后，系统处于等待状态，当用户按下开始按钮触发系统开始测试时，采集线程开始从采集卡读取数据，此时由于数据文件中并没有数据，无法产生有效的读信号，处理线程虽然已经开启，实际上仍然处于等待状态。当采集线程中完成第一个采样循环并在回调函数中将数据存储到数据文件中，产生一个有效的读信号时，该信号触发处理线程从数据文件中读取数据，并进行滤波等处理后显示出来。当采集线程完成指定的Ⅳ次循环采集后，采集卡停止采集，并在停止测试信号的触发下退出线程，而处理线程也在读取完最后一次循环的数据并进行处理后自动退出线程。这样处理线程总是在采集线程完成一次采集循环后读取该次循环所采集的数据并进行处理，两个线程并行工作，大大提高了系统的效率，也保证了系统能够高速采集。

3．2．3 数据处理

在测试过程中，由于各种因素的干扰会影响数据测量值的准确性，因此需要对采集的数据进行滤波等处理。

滑动平均滤波是把连续N个采样值看成一个队列，队列长度固定为N，每次采样到一个新数据放人队尾，并扔掉原来队首的一个数据，并把队列中的N各数据进行算术平均运算，该方法在时域内滤波效果比较好。

一阶惯性滤波是设定一个系数α，每一次滤波结果都等于上一次滤波结果与本次采样值的加权值。

滑动平均滤波和一阶惯性滤波对周期性的干扰具有良好的抑制作用，为了在时域和频域内达到较好的滤波效果，最大限度地减少干扰，系统采用滑动平均滤波和一阶惯性滤波结合对数据进行处理。即设定两个参数N和α，首先对数据进行滑动平均滤波，并将滤波结果和参数α结合进行一阶惯性滤波。实验证明，该方法能够得到比较准确的数据，但是该方法同样存在缺点，就是产生相位滞后，当α越大时，滞后越明显，因此需要调整好参数才能使滤波达到最好的效果。在动态响应特性测试中，由于时间精度要求较高，该方法并不适合，因此在响应特性测试中采用的是将数据存储在文件中，在采集卡完成指定样本数的采集后取出数据进行分析。

4 测试结果举例分析

系统对某二位三通单电控电磁阀进行了测试，现以响应特性测试为例进行分析。响应特性测试曲线如同7所示。

设定采样频率为10KHZ，被测电磁阀的动作频率为1HZ，即电磁阀每秒钟实现一次换向，采用数量为3次，并取中间一次换向动作的数据进行分析计算。计算结果分别开启阶段的滞后时间和响应时间分别为2.0ms和4.9ms，关闭阶段的滞后时间和响应时间分别为2.2ms和8.9ms。

5 结论

研究了一套气动电磁阀综合性能系统，对各性能及测试方法进行了详细分析，并在此基础上对某二位三通单电控电磁阀进行测试。该测试系统具有以下特点：

（1）通用性强。不论是直动式还是先导式，单电控还是双电控，常闭还是常开，直流还是交流电磁阀，该测试系统都能实现对其静态特性和动态性特性的测试。

（2）操作简单。测试过程中只需将电磁阀安装到测试台上，通过操作提示就能测试所有的项目而不需要根据被测性能对测试台反复拆卸。

（3）效率高。采用并行流水线数据处理模式，使采集线程和处理线程能够同时工作，大大提高了系统的效率，也使系统能够真正实现高速采集。

（4）精度高，数据准确可靠。采用高精度传感器对测试值进行采集，并通过PCI6221高速采集卡读取数据，测试精度高，尤其是在动态响应测试中，时间精度达0．1ms。同时，采用滑动平均滤波和一阶惯性滤波对数据进行处理，最大限度地减小了测试过程中的干扰，数据准确可靠。