液压设备动能刚度检测系统及图示化监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种液压设备动能刚度检测系统及图示化监测方法，包括：1：分别采集机电液系统运行过程中的电机输出转速ne、电机转矩Te、液压泵输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm和液压马达转矩Tm；2：对采集的数据进行求变化率处理、去量纲化处理；3：对变化率进行调幅处理；然后进行李萨如图绘制，通过绘制的李萨如图获得电机、液压泵及液压马达的动能刚度角；4：利用获得的动能刚度角绘制机电液系统的动能刚度圆。本发明能够实现变工况下液压设备运行状态、性能可靠性的综合评价问题，避免了单一信号评价的片面性等问题，经具体实施验证，具有实际应用价值。
【专利说明】
液压设备动能刚度检测系统及图示化监测方法
技术领域
[0001] 本发明属于液压设备状态监测与故障诊断领域，设及一种基于动能刚度分析的液 压系统性能图示化识别系统和方法。
【背景技术】
[0002] 液压设备W其功率密度大、复杂工况适应性强W及易于操作等优点被广泛应用于 工程建设、航空航天、工业生产等诸多领域。随着液压设备向大型、集成、高速、高压方向发 展，极端工况下所凸显的各种性能弱化现象已逐渐被国内外学者所关注，尤其是液压设备 在低速、高速、高压等状态下所表现的振动、转速波动、效率低下等问题已成为设备状态监 测、故障诊断、性能可靠性评价领域的亟待解决的问题。
[0003] 液压设备作为典型复杂机电系统，其运行过程伴随着多能域中参数的相互禪合、 相互转换W及非线性因素的强禪合作用，运决定了液压设备状态监测、性能评估的复杂性 W及故障类型的多样性。设备在运行过程中，其运行状态、性能可靠性等诸多信息蕴含于系 统的多源信号中，如电机Ξ相电压、电流、压力、流量、转矩、转速、振动信号等，而单一信号 不能全局的反映系统整体的性能，且不同信号对故障、性能的敏感程度不一，为了避免传统 单一指标评价方法的片面性，需要从多方位、多角度融合多源信息量，W获取系统全面的性 能状态指标。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种液压设备动能刚度检测系统及图示化监测方法，W解 决上述技术问题。本发明为液压设备运行状态监测与可靠性评估提供一种图示化检测和分 析方法，W动能刚度大小量化系统性能退化程度并作为衡量设备性能的综合评价指标，为 液压设备的状态监测、性能可靠性评价W及早期故障预警控制提供图示化、数据化科学指 标。
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 液压设备动能刚度检测系统，包括数据采集系统和信号调制与信息融合系统；
[0007] 数据采集系统包括:分别用于采集机电液系统中电机输出转速ne、电机转矩Te、液 压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm、液压马达转矩Tm的电机转速传感器、电机转 矩传感器、液压累压力传感器、液压累流量传感器、液压马达转速传感器和液压马达转矩传 感器；
[000引信号调制与信息融合系统用于对数据采集系统采集的电机输出转速ne、电机转矩 Te、液压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm、液压马达转矩Tm进行求变化率处理、信 号调制处理，然后进行电机转速刚度李萨如图绘制、液压累流量刚度李萨如图绘制和液压 马达转速刚度李萨如图绘制，通过绘制的电机转速刚度李萨如图绘制、液压累流量刚度李 萨如图绘制、液压马达转速刚度李萨如图获得电机、液压累及液压马达的动能刚度角，最后 利用获得的电机、液压累及液压马达的动能刚度角绘制机电液系统的动能刚度圆。
[0009] 进一步的，求变化率处理包括W下步骤：W机电液系统空载时的状态S〇e {ne〇、Te〇、 9口〇、？。日、加日、1?日}值为基准，计算机电液系统当前状态化{116、了6為、？。、血、1?}相对于空载状 态的变化率:dS = ( S-So ) /So ; ; neO、TeO、QpO、PpO、nm日和Tm日分别为机电液系统空载时电机输出转 速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩。
[0010] 进一步的，信号调制处理为选用单位幅值的正弦信号对机电液系统的电机输出转 速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩的变化率进行调 幅处理;得调幅信号为：
[0011]
(4)
[001 2]式中，Αε { We，Qp，ω。}，Βε {Te，Pp，Tm}，CG {ie，Up,Qm}其中，"e--电机输出角 频率；ωρ--油累输出角频率；COm-一油马达输出角频率;ie--电机的输入电流；
[OOU] 令0=料-俾，0为动能信号与势能信号载波的相位差，恥= Φα;令日=wt+ife，得：
[0021] 在笛卡尔坐标平面内，由式(7)、（8)绘制电机转速刚度李萨如图、液压累流量刚度 李萨如图、液压马达转速刚度李萨如图；李萨如图包括过原点的两条直线，分别称为逆向刚 度线与正向刚度线，逆向刚度线、正向刚度线与水平坐标轴的夹角称为动能刚度角。
[0022] 进一步的，电机、液压累及液压马达的刚度角大小分别为^?、(。、("，得方程组(9);
[0023]
(9)
[0024] 在笛卡尔坐标系内，式(9)所绘制的同屯、圆称为动能刚度圆；式中，Cme {α"，齡}，ζρ e {αρ,βρ}，Cme {amA};其中，Qm为电机的正向动能刚度角，βΜ为电机的逆向动能刚度角;αρ 为液压累的正向动能刚度角，化为液压累的逆向动能刚度角;am为液压马达的正向动能刚度 角，为液压马达的逆向动能刚度角。
[0025] 液压设备动能刚度图示化监测方法，包括W下步骤：
[0026] 步骤1:分别采集机电液系统运行过程中的电机输出转速ne、电机转矩Te、液压累输 出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm和液压马达转矩Tm;
[0027] 步骤2:对步骤1采集的数据进行求变化率处理；
[0028] 步骤3:对机电液系统的电机输出转速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马 达输出转速和液压马达转矩的变化率进行调幅处理;然后进行电机转速刚度李萨如图绘 审IJ、液压累流量刚度李萨如图绘制和液压马达转速刚度李萨如图绘制，通过绘制的电机转 速刚度李萨如图绘制、液压累流量刚度李萨如图绘制、液压马达转速刚度李萨如图获得电 机、液压累及液压马达的动能刚度角；
[0029] 步骤4:利用获得的电机、液压累及液压马达的动能刚度角绘制机电液系统的动能 刚度圆。
[0030] 进一步的，步骤1中采用电机转速传感器、电机转矩传感器、液压累压力传感器、液 压累流量传感器、液压马达转速传感器和液压马达转矩传感器分别采集机电液系统运行过 程中的电机输出转速ne、电机转矩Te、液压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm和液 压马达转矩Tm。
[0031] 进一步的，步骤2中求变化率处理包括W下步骤机电液系统空载时的状态S〇e 相〇、了6日為日、？。日、血日、1?日}值为基准，计算机电液系统当前状态化{116、了6、9。、？。、加、1?}相对 于空载状态的变化率地=(5-5日)/5日；；116日、了6日為日、？。日、血日和1?日分别为机电液系统空载时电 机输出转速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩。
[0032] 进一步的，步骤3中信号调制处理为选用单位幅值的正弦信号对机电液系统的电 机输出转速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩的变化 率进行调幅处理;得调幅信号为：
[0033]
(4)
[0034] 式中，Αε { We，Qp，ω。}，BG {Te，Pp，Tm}，CG {ie，Up,Qm}其中，ω e--电机输出角 频率；ωρ--油累输出角频率；COm-一油马达输出角频率;ie--电机的输入电流；
[003引令r=料-押，餐为动能信号与势能信号载波的相位差，恥= Φα;令日=wt+ife，得：
[0039]当载波信号的相位差口=180°时，由式(6)得：
[0043] 在笛卡尔坐标平面内，由式(7)、（8)绘制电机转速刚度李萨如图、液压累流量刚度 李萨如图、液压马达转速刚度李萨如图；李萨如图包括过原点的两条直线，分别称为逆向刚 度线与正向刚度线，逆向刚度线、正向刚度线与水平坐标轴的夹角称为动能刚度角。
[0044] 进一步的，步骤4中，电机、液压累及液压马达的刚度角大小分别为(《向、（"，得方 程组(9);
[0045]
(9)
[0046] 在笛卡尔坐标系内，式(9)所绘制的同屯、圆称为动能刚度圆；式中，Cme {α"，齡}，ζρ e {αρ,βρ}，Cme {amA};其中，Qm为电机的正向动能刚度角，βΜ为电机的逆向动能刚度角;αρ 为液压累的正向动能刚度角，化为液压累的逆向动能刚度角;am为液压马达的正向动能刚度 角，为液压马达的逆向动能刚度角。
[0047] 相对于现有技术，本发明具有W下有益效果：
[004引（1)本发明W动能刚度作为液压设备的综合评价指标，将系统的运行性能及性能 可靠性评价统一于刚度，通过建立刚度的图示化在线监(检)测方法实现液压设备的运行状 态监测及可靠性安全保障的评价与控制。
[0049] (2)根据本发明形成的基于信号调制的李萨如图信息融合方法，通过结合信号调 制技术，将抽象的动能刚度量化问题转化为为直观的图形化表示方法，根据李萨如图图形 特征的大小，衡量系统动能刚度的大小；W图形特征的变化规律，分析系统的运行状态。
[0050] (3)根据本发明形成的动能刚度圆，能够分析变工况下机、电、液各子系统动态匹 配特性，可实时监测各子系统间的能量传递性能，对整体设备的性能可靠性进行评估，对液 压设备的自适应控制W及早期故障预警具有实际应用价值。
【附图说明】
[0051] 图1是基于信号调制的李萨如图信息融合方法的在线监测原理图；
[0052] 图2是动能刚度李萨如图；
[0053] 图3是动能刚度圆图；
[0054] 图4是液压实验装置原理图；
[0化5] 图5是电机拖动液压系统恒转速82化/min,变载3.34MPa~11.29MPa~3.34MPa全 过程，动能刚度李萨如图与动能刚度圆的变化过程图；
[0056]图6是变载工况下机电液系统动能刚度角的变化规图律；
[0化7] 图7是电机拖动液压系统变转速21化/min~1560;r/min~21化/min全过程，动能刚 度李萨如图与动能刚度圆的变化过程图；
[005引图8是变转速工况下机电液系统动能刚度角的变化规律图。
[0059] 其中：1.散热器;2-1.截止阀；2-2.截止阀；3.柱塞马达;4.测速齿盘;5.减速箱;6. 磁粉制动器;7.电流变换器;8.磁电式转速传感器;9.电磁换向阀；10.压力、流量组合传感 器；11.单向阀；12.先导式电磁溢流阀；13.变频电机；14.齿轮累；15.滤油器；16.溫度传感 器;17.霍尔电压电流传感器;18.伺服控制器;19. A/D转换器;20.工控机;21. D/A转换器。
【具体实施方式】
[0060] (1)动能刚度原理
[0061] 液压设备的实际输出动能受动力源及负载输入影响，在相同的负载激扰输入下， 系统内部参数不同，则实际外部输出特性不同，将系统动能抵抗外部激扰的能力定义为动 能刚度。根据激扰源的不同，动能刚度可分为正向刚度和逆向刚度两部分。正向刚度为系统 动能抵抗动力源输入变化的能力;逆向刚度为系统动能抵抗负载变化的能力。
[0062] 液压设备在运行过程中伴随着势能与动能的相互转换。根据功率键合图理论，广 义势变量包括:电压、压力、转矩;广义流变量包括:电流、压力、转速。由此，系统正向动能刚 度、反向动能刚度数值上可表示为：
[0063]
(1)
[0064] 式中，τ--广义势变量;U--广义流变量;Τ一一系统输出动能。
[0065] 液压系统的全局动能刚度由各个子系统的局部动能刚度组成，包括电机（内燃机） 的转速刚度、液压累的流量刚度W及液压马达的转速刚度。各子系统的局部正向动能刚度 可表不为：
[0066]
(2)
[0067] 式中，ie-一电机的输入电流;ne--电机输出转速;np-一累的输入转速;Qp-一 累输出流量;Qm--马达的输入流量;nm--马达输出转速。
[0068] 局部逆向动能刚度可表示为：
[0069]
[0070] 式中，Te-一电机输出转矩;Pp-一累输出压力;Tm-一马达输出转矩。
[0071] (2)基于信号调制的李萨如图信息融合方法
[0072] 选用单位幅值的正弦信号对机电液系统的转速、转矩W及压力、流量信号的变化 率进行调幅处理，则可得调幅信号为：
[0073]
(4
[0074] 式中，Ae { We，Qp，ω。}，Be {Te，Pp，Tm}，Ce {ie, Wp，Qm}其中，ω e--电机输出角 频率；ωρ--油累输出角频率；Wm--油马达输出角频率;Φα、Φβ、Φε--各信号初始相位；
[007引令(6=狗-俾，Ρ为动能信号与势能信号载波的相位差，恥=板。令α= cot+ih，则可 得：
[0083] 在笛卡尔坐标平面内，由式(7)、（8)绘制的李萨如图均为过原点的直线，分别称为 逆向刚度线与正向刚度线，直线与水平坐标轴的夹角称为动能刚度角。由此绘制的李萨如 图统称为动能刚度李萨如图。
[0084] (3)动能刚度圆
[0085] 设在液压系统中，电机、液压累及液压马达的动能刚度角大小分别为(Μ、ζρ、ζη，βυ 可得如下方程组：
[0086]
巧）
[0087] 在笛卡尔坐标系内，式（9)所绘制的同屯、圆称为动能刚度圆；Sm为电机动能刚度 圆；Sp为液压累动能刚度圆；Sm为液压马达动能刚度圆。
[0088] 请参阅图1所示，本发明一种液压设备动能刚度检测系统，包括数据采集系统和信 号调制与信息融合系统。
[0089] 数据采集系统包括:用于分别采集机电液系统中电机输出转速ne、电机转矩Te、液 压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm、液压马达转矩Tm的电机转速传感器、电机转 矩传感器、液压累压力传感器、液压累流量传感器、液压马达转速传感器和液压马达转矩传 感器。
[0090] 信号调制与信息融合系统用于对数据采集系统采集的电机输出转速ne、电机转矩 Te、液压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达输出转速nm、液压马达转矩Tm进行求变化率处理、 理、信号调制处理，然后进行电机转速刚度李萨如图绘制、液压累流量刚度李萨如图绘制、 液压马达转速刚度李萨如图绘制，通过绘制的电机转速刚度李萨如图绘制、液压累流量刚 度李萨如图绘制、液压马达转速刚度李萨如图获得电机、液压累及液压马达的动能刚度角， 最后利用获得的电机、液压累及液压马达的动能刚度角绘制机电液系统的动能刚度圆。
[0091] 本发明一种液压设备动能刚度图示化监测方法，包括W下步骤：
[0092] 步骤1:如图1所示，用机械转速和转矩传感器，流体流量和压力传感器分别采集机 电液系统运行过程中的电机输出转速ne、电机转矩Te、液压累输出流量Qp、压力Pp、液压马达 输出转速nm、液压马达转矩Tm，经数据采集系统A/D采样后，将实时状态信息上传至信号调制 与信息融合系统中；
[0093] 步骤2: W机电液系统空载时的状态So e {neO、TeO、QpO、PpO、nmo、TmO}值为基准，计算 机电液系统当前状态化相、了6為、？。、11。、1?}相对于空载状态的变化率，即：(15=(5-5〇)/5〇， 完成系统状态量的求变化率计算过程;neO、TeO、QpO、PpO、nm日和Tm日分别为机电液系统空载时电 机输出转速、电机转矩、液压累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩；
[0094] 步骤3:选用单位幅值的正弦信号对机电液系统的电机输出转速、电机转矩、液压 累输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩的变化率进行调幅处理，则可得调幅 信号如式(4)所示。令f=料-仲，为动能信号与势能信号载波的相位差，恥= Φα。当载波信 号的相位差巧=180°时，可得逆向刚度线表达式如式(7)所示，同理，可得正向刚度线如式(8) 所示。在笛卡尔坐标平面内，由式(7)、（8)绘制的李萨如图均为过原点的直线，如图2所示， 其倾角大小正比于逆向刚度与正向刚度的大小。逆向刚度线顺时针旋转，角0增大，则动能 刚度增大，反之减小;正向刚度线逆时针旋转，角α增大，则动能刚度增大，反之减小；
[00%]步骤4:设在机电液系统中，电机、液压累及液压马达的动能刚度角大小分别为Cm、 ζp、ζm，可得方程组(9)。式中，ζMε{αM，βM}，ζpε{αp，?3p}，ζme{αm，βm};
[0096] 其中，Qm为电机的正向动能刚度角，拉1为电机的逆向动能刚度角；αρ为液压累的正 向动能刚度角，化为液压累的逆向动能刚度角;am为液压马达的正向动能刚度角，为液压 马达的逆向动能刚度角。
[0097] W电机的动能刚度圆绘制为例，详述动能刚度圆的绘制过程。选用单位幅值的正 弦信号与余弦信号对电机动能刚度角ζΜ进行调幅处理，可得：
[0101] 式（11)即为半径为电机的动能刚度角大小的圆。同理可得液压累、液压马达的动 能刚度圆，即为：
[0102]
(12)
[0103] 在笛卡尔坐标系中，式（12)所绘制的即为动能刚度圆图，如图3所示。圆的面积代 表子系统的动能刚度大小，圆环面积代表子系统间的动能刚度损失。圆环面积越大，则所代 表的子系统动能刚度越大。圆环面积越小，则动能刚度损失越小，子系统间的连接越趋近于 刚性，能量传递过程中因动能改变而产生的损失越小，系统动力源与负载间的动态匹配性 越好。
[0104] 本方法的具体实施所依托的机电液系统实验装置原理如图4所示。主要包括:变频 电机拖动液压累作为动力源，驱动液压马达作为执行机构，带动磁粉制动器作为加载装置； 并具有电流、电压传感器，转速、转矩传感器及压力、流量传感器。
[01化]实施例1:变载荷工况
[0106] 变载荷工况下，动力源输入转速恒定，系统动能刚度主要受逆向刚度的影响。设定 电机转速为82化/min,控制输入磁粉制动器的输入电流，使马达输出轴上的摩擦力矩斜坡 变化，实现实际变载荷工况，系统压力由3.34MPa~11.29MPa~3.34MPa斜坡变化。可得机电 液子系统动能刚度李萨如图及动能刚度圆的变化过程如图4所示，变载工况下的动能刚度 角的变化规律如图5所示。
[0107] 变载工况下，负载变化所产生的影响，由液压马达端至动力源端逆向传递，各子系 统的动能刚度逆向依次递增。电机转速经伺服控制器闭环控制，负载的变化不会引起电机 转速刚度角产生较大变化。随着液压系统压力的升高，累与马达的泄漏量增大，能量损失加 剧，动能刚度圆环面积增大。图4、图5所示的实施结果符合液压设备实际运行状态。
[010引实施例2:变转速工况
[0109] 变转速工况下，负载恒定，系统动能刚度主要受正向刚度影响。控制伺服控制器的 输入电压，使电机转速由21化/min~1560r/min~21化/min呈斜坡函数规律变化，磁粉制动 器的输入电流恒定。可得机电液子系统动能刚度李萨如图及动能刚度圆的变化过程如图6 所示，变转速工况下的动能刚度角的变化规律如图7所示。
[0110] 变转速工况下，电机转速变化所产生的影响，由动力源至液压马达端正向传递，各 子系统动能刚度正向递增。随电机转速的逐渐升高，液压累和马达的容积效率提高，油液迅 速压缩，能量损失减小，动能刚度损失减小，圆环面积减小。当电机运行在高转速时，油液粘 性阻尼及机械阻尼增大，导致系统压力升高，液压系统泄漏量增大，累和马达动能刚度角变 化缓慢。图6、图7所示的规律与理论分析一致。
[0111] 本发明中，在相同的激扰输入下，系统内部参数不同，则实际外部输出特性不同， 将系统动能抵抗外部激扰的能力，根据激扰源的不同，动能刚度可分为正向刚度和逆向刚 度两部分。其中，正向刚度为系统动能抵抗动力源输入变化的能力;逆向刚度为系统动能抵 抗负载变化的能力。针对液压系统动能刚度表达式为：
[0112]
[0113]液压系统全局刚度包括电机的转速刚度、液压累的流量刚度W及马达的转速刚 度。各子系统的局部正向刚度可表示为：
[0117]本发明中，动能刚度、信号调制与信息融合技术结合，通过图形特征的大小及变化 进行衡量，W此形成基于信号调制的李萨如图信息融合方法。该方法选用单位幅值的正弦 信号对液压设备的转速、转矩W及压力、流量信号的变化率进行调幅处理，当载波信号的相 位差φ=180"时，可在笛卡尔坐标平面内，绘制李萨如图，并均为过原点的直线，分别成为逆 向刚度线与正向刚度线。由此绘制的李萨如图统称为动能刚度李萨如图。其表达式为：
[011 引
[0119]
[0120] 本发明可引申为动能刚度圆，对系统运行过程中的子系统动态匹配关系进行描 述。若在液压设备中，电机、液压累及液压马达的动能刚度角大小分别为(1?、(。、("，则可得如 下方程组：
[0121]
[0122] 在笛卡尔坐标系内，所绘制的同屯、圆称为动能刚度圆。
[0123] 本发明中，结合信号调制与信息融合技术所融合成的李萨如图，W及动能刚度圆， 通过图形特征-倾角衡量动能刚度的大小及变化规律，并W此图示化方法针对液压设备运 行状态、性能可靠性进行监测、评价。
【主权项】
1. 液压设备动能刚度检测系统，其特征在于，包括数据采集系统和信号调制与信息融 合系统； 数据采集系统包括:分别用于采集机电液系统中电机输出转速、电机转矩W夜压栗 输出流量4、压力PP、液压马达输出转速nm、液压马达转矩Tm的电机转速传感器、电机转矩传 感器、液压栗压力传感器、液压栗流量传感器、液压马达转速传感器和液压马达转矩传感 器； 信号调制与信息融合系统用于对数据采集系统采集的电机输出转速&、电机转矩W夜 压栗输出流量QP、压力PP、液压马达输出转速、液压马达转矩!^进行求变化率处理、信号调 制处理，然后进行电机转速刚度李萨如图绘制、液压栗流量刚度李萨如图绘制和液压马达 转速刚度李萨如图绘制，通过绘制的电机转速刚度李萨如图绘制、液压栗流量刚度李萨如 图绘制、液压马达转速刚度李萨如图获得电机、液压栗及液压马达的动能刚度角，最后利用 获得的电机、液压栗及液压马达的动能刚度角绘制机电液系统的动能刚度圆。2. 根据权利要求1所述的液压设备动能刚度检测系统，其特征在于，求变化率处理包括 以下步骤：以机电液系统空载时的状态So e {ne3Q、Tm、QP〇、PpQ、nmQ、T mQ}值为基准，计算机电液 系统当前状态阳{11(3、1\34、？ 1)、1^、1^}相对于空载状态的变化率:(13=(3-3())/3();;11 (3()、1'(3〇、 QP〇、PpQ、nmQ和TmQ分别为机电液系统空载时电机输出转速、电机转矩、液压栗输出流量、压力、 液压马达输出转速和液压马达转矩。3. 根据权利要求1所述的液压设备动能刚度检测系统，其特征在于，信号调制处理为选 用单位幅值的正弦信号对机电液系统的电机输出转速、电机转矩、液压栗输出流量、压力、 液压马达输出转速和液压马达转矩的变化率进行调幅处理;得调幅信号为：式中，Ae{c〇e，Qp，c〇m}，Be{Te，Pp，Tm}，Ce{i e，c〇p，Qm}其中，c〇e--电机输出角频率； ωΡ--油栗输出角频率；ω??--油马达输出角频率;ie--电机的输入电流； 令-牌，为动能信号与势能信号载波的相位差，Φ? = φΑ;令α = ω t+ΦΒ，得：由式(5)得：当载波信号的相位差Ρ=18〇°时，由式(6)得：同理得：在笛卡尔坐标平面内，由式(7 )、（8)绘制电机转速刚度李萨如图、液压栗流量刚度李萨 如图、液压马达转速刚度李萨如图；李萨如图包括过原点的两条直线，分别称为逆向刚度线 与正向刚度线，逆向刚度线、正向刚度线与水平坐标轴的夹角称为动能刚度角。4. 根据权利要求3所述的液压设备动能刚度检测系统，其特征在于，电机、液压栗及液 压马达的刚度角大小分别为ζΜ、ζΡ、ζ?，得方程组(9);在笛卡尔坐标系内，式(9)所绘制的同心圆称为动能刚度圆；式中，GmG {cxm，0m}，ζρG {αΡ，βρ}，Gme {am，0m};其中，αΜ为电机的正向动能刚度角，βΜ为电机的逆向动能刚度角;α Ρ为 液压栗的正向动能刚度角，βρ为液压栗的逆向动能刚度角;am为液压马达的正向动能刚度 角，K为液压马达的逆向动能刚度角。5. 液压设备动能刚度图示化监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1:分别采集机电液系统运行过程中的电机输出转速电机转矩W夜压栗输出流 量％、压力Pp、液压马达输出转速nm和液压马达转矩Tm; 步骤2:对步骤1采集的数据进行求变化率处理； 步骤3:对机电液系统的电机输出转速、电机转矩、液压栗输出流量、压力、液压马达输 出转速和液压马达转矩的变化率进行调幅处理;然后进行电机转速刚度李萨如图绘制、液 压栗流量刚度李萨如图绘制和液压马达转速刚度李萨如图绘制，通过绘制的电机转速刚度 李萨如图绘制、液压栗流量刚度李萨如图绘制、液压马达转速刚度李萨如图获得电机、液压 栗及液压马达的动能刚度角； 步骤4:利用获得的电机、液压栗及液压马达的动能刚度角绘制机电液系统的动能刚度 圆。6. 根据权利要求5所述的液压设备动能刚度图示化监测方法，其特征在于，步骤1中采 用电机转速传感器、电机转矩传感器、液压栗压力传感器、液压栗流量传感器、液压马达转 速传感器和液压马达转矩传感器分别采集机电液系统运行过程中的电机输出转速n e、电机 转矩I、液压栗输出流量％、压力Pp、液压马达输出转速nm和液压马达转矩T m。7. 根据权利要求5所述的液压设备动能刚度图示化监测方法，其特征在于，步骤2中求 变化率处理包括以下步骤：以机电液系统空载时的状态S〇e{ neQ、Te()、QP()、PP()、nm()、T m()：mS 基准，计算机电液系统当前状态S e {ne、Te、QP、Pp、nm、T m}相对于空载状态的变化率:(15=(5-So) /So; ; ne〇、TeO、QpO、PpO、nm〇和TmO分另|J为机电液系统空载时电机输出转速、电机转矩、液压栗 输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩。8. 根据权利要求5所述的液压设备动能刚度图示化监测方法，其特征在于，步骤3中信 号调制处理为选用单位幅值的正弦信号对机电液系统的电机输出转速、电机转矩、液压栗 输出流量、压力、液压马达输出转速和液压马达转矩的变化率进行调幅处理;得调幅信号 为：式中，Ae{c〇e，Qp，c〇m}，Be{Te，Pp，Tm}，Ce{i e，c〇p，Qm}其中，c〇e--电机输出角频率； ωΡ--油栗输出角频率；ω??--油马达输出角频率;ie--电机的输入电流； 令穸=-P为动能信号与势能信号载波的相位差，Ik = Φα;令α = ω t+ΦΒ，得：当载波信号的相位差供=18〇°时，由式(6)得：在笛卡尔坐标平面内，由式(7 )、（8)绘制电机转速刚度李萨如图、液压栗流量刚度李萨 如图、液压马达转速刚度李萨如图；李萨如图包括过原点的两条直线，分别称为逆向刚度线 与正向刚度线，逆向刚度线、正向刚度线与水平坐标轴的夹角称为动能刚度角。9.根据权利要求8所述的液压设备动能刚度图示化监测方法法，其特征在于，步骤4中， 电机、液压栗及液压马达的刚度角大小分别为ζΜ、ζρ、ζη，得方程组(9);在笛卡尔坐标系内，式(9)所绘制的同心圆称为动能刚度圆；式中，GmG {cxm，0m}，ζρG {αΡ，βρ}，Gme {am，0m};其中，αΜ为电机的正向动能刚度角，βΜ为电机的逆向动能刚度角;α Ρ为 液压栗的正向动能刚度角，βρ为液压栗的逆向动能刚度角;am为液压马达的正向动能刚度 角，K为液压马达的逆向动能刚度角。
【文档编号】F15B19/00GK105927614SQ201610383500
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月1日
【发明人】谷立臣, 杨彬, 孙昱
【申请人】西安建筑科技大学