电液数字伺服双缸同步控制系统

　　同步控制一直是液压行业的一个重要课题,在重载、大型设备的运动中其作用显得尤为突出。液压缸的同步精度不仅影响到机械臂运动的位置精度而且还影响到机械臂运动的协调性,例如大型轧钢机、航天运输设备等机械臂的控制对液压同步的精度要求较高。现有液压同步系统有很多种实现方法,有的采用开环系统,例如机械刚性同步系统、分流集流阀同步系统等,这些系统一般来说结构简单,但同步精度较低。在高精度同步应用场合,同步控制系统大多采用闭环控制。例如采用伺服阀控制的同步系统,这种系统响应速度快,同步精度较高,但阀结构复杂,抗污染能力差,成本较高;采用电液比例阀控制的同步系统其抗污染能力较伺服阀强,但由于其存在死区、饱和等非线性,因此影响到其同步精度。

　　笔者提出了一种基于电液数字伺服阀的液压同步系统实现方法,其核心控制元件电液数字伺服阀是一种新型的控制阀,该阀结构简单、抗污染能力强,可直接用数字量进行控制而无需D/A,易于实现计算机直接控制。

　　1 电液数字伺服阀及同步系统应用

　　1.1 阀工作原理

　　电液数字伺服阀主要由步进电机、传动机构和阀体部分构成。步进电机作为电-机械转换元件输出角位移;传动机构将电机输出的角位移转变成阀芯的轴向位移;阀体部分由阀芯、阀套和阀体构成。阀结构如图1所示。

　　其工作原理如图2所示,步进电机在一定角度范围内转动时,便通过凸轮机构拖动阀芯,使其轴向移动,从而得到阀芯位移量的输出。由于采用了连续跟踪控制方法,从而消除了传统的步进式数字阀所固有的量化误差与响应速度之间的矛盾,保证了阀的快速响应。

　　1.2 位置同步控制系统

　　利用电液数字伺服阀构成的位置同步控制系统如图3所示,此同步系统为/主从控制0方式,图中液压缸3是主动缸,而液压缸4是从动缸,即被控缸。主动缸在换向阀6作用下运动,其运动位置可由安装在其活塞杆上的位移传感器1测得。相应地,从动缸的位置可由安装在从动缸活塞杆上的位移传感器2测得。两液压缸的位置差经阀控制器内单片机运算后输出控制信号,通过电液数字伺服阀5驱动从动缸4,从而使从动缸和主动缸保持同步运动。

　　2 系统数学模型

　　根据上述主从方式同步系统控制原理,从动缸的控制方式为一四通滑阀控制双出杆缸模型,如图4所示。系统数学模型可以用流量方程、连续性方程和力平衡方程来描述。

　　(1)线性化流量方程