科创中国

行业领域

高端装备制造产业,智能制造装备产业

需求背景

三十年来国内电液伺服试验机的发展取得了长足的进步，但与国外试验机同行相比，特别是与美国mts公司及英国的instron等这样的大牌公司相比较差距还是很大的，特别是在高技术试验应用领域方面还无法与国外同行相抗衡。不论是在技术手段和产品品种方面都存在很大的差距，在电液伺服结构试验设备和仿真模拟试验设备方面，我们与mts的差距就更大了。据不完全统计，在国内汽车和航空领域中的仿真模拟试验设备中，有80%是mts公司的产品。今后国内电液伺服试验机的发展还是要经历一个过程，要在不断吸取国外先进技术的同时发展和提高我国的电液伺服试验技术。近年来随着科学技术特别是材料科学的发展，人们更加重视动态试验，电液伺服试验机的需求也呈上升趋势，因此本项目的研发有重要意义。

需解决的主要技术难题

电液伺服技术是集机械、液压和自动控制于一体的综合性技术，要发展国内的电液伺服技术必须要从机械、液压、自动控制和计算机等各技术领域同步推进。以下是几个关注的需要。

  （1）电液伺服阀

这个液压元件是闭环控制系统中最重要的一种伺服控制元件 , 它能将微弱的电信号转换成大功率的液压信号(流量和压力)。 用它作转换元件组成的闭环系统称为电液伺服系统。电液伺服系统用电信号作为控制信号和反馈信号,用液压元件作执行机构, 重量轻、惯量小 、响应快、精度高。对整个系统来说, 电液伺服阀是信号转换和功率放大元件；对系统中的液压执行机构来说,电液伺服阀是控制元件。对于系统来说它是调节对象。对于伺服阀结构改进，这对提高伺服系统运行的稳定性，防止系统产生非线性振动有重要的理论指导意义和工程实际意义。特别是高频、大流量伺服阀的产品达标生产意义十分重大是国内生产1000hz高频试验机的重要条件。作为电液转换的关键元件 “电液伺服阀”，是电液伺服试验机今后技术提升的关键环节。目前与电液伺服阀生产企业缺少交流和探讨，只能简单的应用其现成产品。从某种意义上这也限制了国内试验机的发展。今后，需要加强与伺服阀生产企业的合作，共同开发适宜试验机应用的伺服阀产品，全面提升国内电液伺服试验机水平。

我们希望国内生产研发电液伺服阀的机构和我们合作研发和生产适用于试验机行业的伺服阀系列产品。

（2）高性能测量控制系统元件

随着数字控制理论的成熟以及高速芯片技术的发展。全数字化测控系统已经成为今后测量控制系统发展的方向。动态电液伺服全数字测量控制系统，它要求硬件运算速度快、运算精度高而且功能齐全。这样才能满足电液伺服控制系统响应快速、控制精确、稳定可靠的要求。目前国内自主知识产权的高速、高精度拥有同步采样功能的AD 新品没有找到国内替代产品，测控系统所需的MCU、FPGA、DA都没有合适的国内器件，需要IC行业同步发展，才能最终取得整体进步。

我们欢迎有研发、应用24位小信号AD的研究机构和公司参加我们系统的研发。

（3）国内目前技术成熟的全数字动态控制器还没有进入产业化阶段，还需要有一个发展研究的过程。要从基础抓起，多通道、数字化、多自由度协调技术、多点相位控制等是电液伺服技术在模拟仿真试验技术发展中的关键技术环节。只有掌握了多通道控制技术、多自由度协调偶合及解偶技术，才能使我们的电液伺服技术向更高的台阶上迈进，才能缩小与国外同行之间的差距。实现这一目标需要有一批高素质的技术队伍，要从软件、硬件、数字控制理论和实践等综合技术方面同步推进。

我们将成立测控技术研究院，欢迎有多参量协调控制经验的研发机构和企业与我们合作共同研发多参量协调控制系统。

（4）液压系统密封元件

国内液压件的整体水平目前还比较落后，主要采用橡胶密封结构方式，易老化泄漏、体积笨重、集成度低。随着机械精密加工技术的成熟，在国外目前密封大都采用球面和锥面配合密封方式，结构简单，密封性能可靠。今后改善国内液压件结构还需要在工艺性上下功夫，需要一个系统的完善过程。

（5）计算机技术的发展和应用，促进了电液伺服技术的提高。正是利用计算机技术才使电液伺服在动态仿真模拟试验等领域得到广泛的应用。计算机多自由度协调控制、计算机仿真解耦技术等技术的应用和发展，使多通道协调加载系统、道路模拟试验系统的性能得到进一步提高，促进电液伺服系统的广泛应用。可以说电液伺服技术的发展与计算机技术的发展是密切联系在一起的，相互促进相互提高。总之，电液伺服试验机的大量需求，给我们的电液伺服试验机发展创造了很好的机遇。相信在不久的将来，在大家的共同努力下，我国电液伺服试验机的技术水平一定会有突飞猛进的发展。

期望实现的主要技术目标

 达到国外同类产品先进水平，国内领先。用于电液伺服控制各类试验机系统。

  智能电液伺服控制系统产品：HS、ZDX  V01-01-01

主要技术指标

1)、8通道24位AD同时采样，精度达20位（100万级），速率15kc/s；

2)、采用上下位机实时监控系统结构，力、变形、位移DDC全数字控制闭环，采用模糊自适应PⅠD调节，力、变形测量反馈采用应变式传感器（20位），位移测量反馈采用Lvdt、增量（32位）和ssi型编码器任选；

3)、数字式斜波、正弦波、三角波、方波、程序及隨机波函数发生，***～1000Hz；

4)、控制系统16位分辨率给定；

5)、上位计算机数据管理，显示主辅机控制系统的瞬时值、峯值、谷值、平均值、频率、次数参数数字和图形；

6)、静态试验，材料屈服极限试验时∑***∑***可自选；

7)、完善的内外操控报警，可接机器人或机械手；

8)、设编码器扩展接口；

9)、采用多核Mcu和Fpga技术；

10)、完善的试件管理、试验标准和报表分析管理平台软件。

需求解析

解析单位：“科创中国”甘肃科技服务团（甘肃省机械工程学会） 解析时间：2023-11-29

贾德强

甘肃省机械工程学会

秘书长

综合评价

上述技术需求描述足够清晰。 试验机是工业文明发展的必然结果，试验机应用领域广泛，在国民经济建设的运行过程中承担着把关者和指导者的任务，近年来随着科学技术特别是材料科学的发展，国内试验机市场需求迅速膨胀，由于缺乏自主核心技术，使得国产试验机的迭代步伐异常缓慢，在加工制造、材料应用、测控手段和测控精度等众多高科技领域与国际先进水平的差距日益扩大。电液伺服试验机的研发对我国试验机行业有巨大的推动作用，由于试验机行业地位特殊、作用大，对国民经济有巨大的倍增和拉动作用，有着良好的市场需求和巨大的发展潜力。 电液伺服试验机的研发主要涉及机械、液压、测控及软件开发等领域，在功能、技术、精度等方面着手，引进先进技术，在“模仿创新”的基础上消化吸收。加强产学研联合，通过与高校及科研院所的的技术储备，积极沟通，利用自身及周边产能，以期在“替代技术”的基础上寻求突破。注重专业技术人员的培养，掌握核心技术的基础上，提高自主创新能力。

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