关于电液伺服控制系统的点滴思考

2019-12-18赵天阳

魅力中国 2019年42期

赵天阳

（河北南玻玻璃有限公司，河北廊坊 065000）

一、液压系统动态特性研究概述

随着液压技术的不断发展与进步和应用领域与范围的不断扩大，系统柔性化与各种性能要求更高，采用传统的以完成执行机构预定动作循环和限于系统静态性能的系统设计远远不能满足要求。因此，现代液压系统设计研究人员对系统动态特性进行研究，了解和掌握液压系统动态工作特性与参数变化，以提高系统的响应特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

（一）液压系统动态特性简述

液压系统动态特性是其在失去原来平衡状态到达新的平衡状态过程中所表现出来的特性，原因主要是由传动与控制系统的过程变化以及外界干扰引起的。在此过程中，系统各参变量随时间变化性能的好坏，决定系统动态特性的优劣。

（二）仿真环境简介

基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中著名的仿真集成环境，它在众多领域得到广泛应用。Simulink借助Matlab的计算功能，可方便地建立各种模型、改变仿真参数，有效解决了仿真技术中的问题。

二、电液伺服控制的现状与发展简介

我国的电液伺服发展水平目前还处在一个发展阶段，虽然在常规电液伺服控制技术方面，我们有了一定的发展。但在电液伺服高端产品及应用技术方面，我们距离国外发达国家的技术水平还有着很大差距。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。

（一）测控系统

测量控制系统随着数字控制理论的成熟以及高速DSP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，不仅要求硬件运算速度快、运算精度高，同时还要求在软件和数字控制理论方面要有新的突破。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，美国MTS公司的TeststarII全数字控制器，运算频率可以达到5000次/秒，控制特性在传统的PID控制基础上，还具有前馈控制、频率反向补偿控制、幅度控制和压差等辅助控制特性。因此数字控制器由于其丰富的运算功能，其控制非常灵活，是模拟控制系统无法比拟的。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。

（二）液压件

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，国外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。

三、电液伺服控制系统的模型建立

（一）建模方法简介

为了研究系统某些特定的运动规律，通常先构建其物理模型，再用数学模型来描述该系统。数学模型是用来描述系统的信息或能量传递规律的数学表达式，将系统输出变量、输入变量和内部有关参变量有机地联系在一起，便于对系统进行分析和研究。数学模型具体的表达形式多种多样。对于液压系统来说，常用的数学模型是连续的定常集中参数模型，主要形式有微分方程、传递函数、方块图与信号流图以及状态变量数学模型等。建模方法主要有解析法、传递函数法、状态空间法和功率键合图法等。

（二）电液伺服控制系统建模

利用典型的工件疲劳实验机电液力伺服控制系统模型建立，基于MATLAB/simulink环境，介绍电液伺服控制系统建模的一般方法。

四、电液伺服控制系统的动态仿真

动态设计的目的是分析系统的稳定性、准确性和快速性等动态性能是否满足设计要求。随着计算机技术的不断发展，液压系统的动态仿真方法逐渐得到广泛应用，对改进系统设计和提高系统可靠性都具有重要意义。以负载扰动作用下带材纠偏控制系统设计为例介绍电液伺服控制系统在MATLAB/simulink环境下动态设计与仿真的一般方法。

（一）负载扰动误差的计算

带材纠偏控制系统主要由指令元件、光电检测器、伺服放大器、伺服阀、液压缸和负载等元件组成。光电检测器和放大器（合称为光电控制器）响应均很快，可视为比例环节，其总增益Ka值可根据系统需要由伺服放大器进行调整。伺服阀与液压缸－负载的传递函数可由样本查取。

（二）系统的稳定性分析

稳定性是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。在通常情况下，负载扰动引起的稳态误差相对于控制系统总的稳态误差，数值较小，一般不会对系统的动态性能产生太大的影响。但如果对系统负载扰动作用下引起的稳态误差提出了明确要求，或者计算出总的稳态误差大于系统误差性能指标，需要减小负载误差，则由此来确定系统开环增益，设计出的系统可能是不稳定的。