电液伺服激振器的发展
摘要
运动仿真和可靠性测试依赖各种运动、振动模拟装置。
机械激振器廉价、可靠、简单，但只能用来进行有限的几种应用。
电磁激振器频率宽至2000赫兹以上，但价格更贵，尤其在大吨位电磁振动台。因此通常限于航天测试。
现在也有把伺服电动缸成用在运动模拟中，电动缸是伺服电机带动丝杠来运动的，使用简单，成本适中，适合长行程、低频（5Hz以下）、低速的运动。伺服电动缸不在本文的讨论范围
本文主要讨论电液伺服激振器，及其在振动和冲击测试中的强大功能。
引言
日益提高的产品可靠性，需要更为先进运动模拟和振动测试技术。许多这样的测试技术在像MIL-STD-810C 和MIL-STD-781C以及中国军标中都有描述。这些振动测试也可作为一些民用商品寻求提高产品可靠性的指南。
振动模拟设备必须能够准确地执行所需的测试任务，同时要提供执行许多不同类型测试的应用功能。常用的振动测试有三种不同的装备。
机械激振器的优缺点
机械激振器廉价、可靠、操作简单。它们在某些测试中表现出众，尤其是模拟某些位置上的长周期的、固有振动，例如在船上。但是它们局限于正弦波形、定频率的振动，不能很好模拟现实中的复杂的振动。另外，它们的有效频率范围（通常是10到60Hz）是极其有限的。而且，它们的正弦位移函数由于加速度响应而受到严重扭曲，看起来很糟。
电磁激振器的优缺点
电磁激振器能够完成很多有价值的测试，在可靠性测试方面很出色。目前在航天航空的项目中应用很多。这种激振器在高频振动测试和加速度计校准方面是举世无双的。当由高保真放大器驱动时，它们会产生一个近似的正弦运动，但尽可能短的冲击行程。
电磁激振器不像机械激振器那样，它不受正弦波形、定频率的运动的影响，而是能被用来合成随机振动，能模拟时间轴上的振动。
当大型物件进行超过1000Hz的测试是很困难的，因为谐振响应很复杂以至于无法控制运动。困难使得许多测试尝试多个加速度计对振动进行控制：选择加速度传感器的最大信号；计算平均加速度值。
许多MIL-STD标准的测试程序只适用于组件和小的装配组件。适当的测试频率范围是500Hz~1000Hz。当测试物件的尺寸变大时，频率上限会下降。当大的测试物件必须进行高频测试时，进行声学环境测试是必要的。(在本文后面还会有更多的关于强噪音测试结合低频振动测试)
电磁激振器也存在有一些缺点，这些都要考虑到：
- 大推力、高保真的激振器成本昂贵。
- 有效的冲程通常只有25到50毫米。
- 在低频率下，有效推力可能不足，同时，波形会变得糟糕。
- 电枢冷却带来的问题。
- 磁场(包括振动频率和方向的交替)会在一些测试项目中产生不利影响。
- 电磁激振器很重，难以在测试时移动。
电液伺服激振器是怎样工作的
图1是一个典型的电液伺服激振器方框图。
伺服控制器用来闭环监控系统的变量（零点位置、活塞位置、功率阀门位置、推力、加速度等等），并且用命令和反馈产生的误差信号驱动伺服阀门。
图2 伺服阀和电液激振器的剖面
图2是一个伺服阀/激振器的剖面图，解释电信号如何转化为所要求的活塞杆的运动。电信号用来驱动电磁先导阀。伺服阀中油液的输出与电驱动信号成正比。在各种应用方案中，伺服阀的选型需使阀口流速达到系统性能的要求。
作动器的活塞杆，由活塞头两端交替变化的压差驱动的。伺服阀总成通常尽量靠液压缸安装，使得阀口到活塞头之间的陷油量最小。因为油液可压缩并且有负载时显现得像弹簧，会降低系统设计的频响。
电液激振器的优点
电液激振器比机械激振器和电磁激振器有更多的优点：
1. 激振行程的范围从25mm到数米。
2. 可以得到大的推力和高的速度。电液伺服激振器可输出上百吨推力；有的液压系统的速度达到7米/秒。这些激振器同样具有极低频振动（0.001Hz）的能力，而且能够改变振动的零点。
3. 可用的频率范围一直从0~1000Hz，频率上限是由作动器的冲程决定的。电液激振器被用来模拟的振动环境有：
- 包装的产品在运输时的交通影响；
- 路况对汽车、卡车及部件的影响；
- 地震对结构的影响；
液压激振器可以执行所有类型的振动测试：系统可以输出正弦的、纯随机、伪随机、冲击和时域谱型。图3是一个典型液压激振器系统产生的功率谱密度的例子。
图3 液压激振器系统产生的功率谱密度
这个测试是由实时数字振动控制系统控制的。
振动和强噪声测试相结合
美国航空航天实验室也用液压激振器产生中低频强噪声。
美国航空航天局戈达德太空飞行中心的发射相位模拟器正在使用这一装置。在加利福尼亚州的海军太平洋导弹测试中心，三套电液伺服激振器被用来进行导弹制导的声学环境测试。图4是电液伺服噪声发生器。
图4电液伺服噪声发生器
