直驱式泵控电液伺服系统建模与动态特性分析

　　直驱式泵控电液伺服系统是近些年研究发展起来的一种新型的电液伺服系统，有的文献将之称为直驱式容积控制电液伺服系统 (Direct　Drive　Vol-ume　Control　Electro-hydraulic　Servo　System，DD-VC)或无阀电液伺服系统 (Valve-less　Electro-hy-draulic　Servo　System^{₎ [1-2]。}与传统的液压控制系统相比，直驱式泵控电液伺服系统具有节能、高效率、高可靠性、调速范围宽、易实现高精度控制等优点，但是在系统动态响应方面却要逊于传统控制系统，这也限制了该系统在某些领域的应用^[3]。所以建立该类系统的数学模型并对其动态特性进行分析和研究，找出提高该系统动态响应快速性的措施，对于拓宽该系统应用前景，促使其得到更大的发展具有重要意义。为此，搭建了一个以永磁同步伺服电机和定量泵为动力源的液压实验台并建立起其数学模型，通过实验验证了模型的准确性，利用该模型对泵控电液伺服系统进行了动态特性研究。

　　1　直驱式泵控电液伺服系统的结构原理

　　如图1所示是一个典型的直驱式泵控电液伺服系统的结构简图。

　　传统液压系统的速度控制一般是通过伺服阀、节流阀节流调速或伺服变量泵容积调速方式来实现的。在这两种系统中，电动机的转速和方向是不可调节的。与之不同，直驱式泵控电液伺服系统正是通过改变电动机的转速和方向，使定量泵的输出流量发生变化，从而改变液压执行机构的速度和方向，实现液压系统的速度和位置控制^[4]。伺服调速部分的电动机既可以是普通异步电机，也可以是同步伺服电机。永磁同步伺服电机(Permanent　MagnetSynchronous　Motor，PMSM)具有效率高、起动转矩大、体积小、过载能力强、易实现高精度控制等优点，近年来，随着永磁材料性能的不断提高和完善，特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展，加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟，使永磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用^[5]。

　　2　实验系统

　　液压实验台见图2，液压原理如图3所示，实验系统由QCS003B型液压实验台改造而来，实验设备包括蒙德伺服驱动器 (型号IMS-MF-45P5E2)、永磁同步伺服电机 (型号GK6080-6AC61-FE-b)、三菱FX2N型PLC、三 螺 杆泵(型号3GR25×6W21)、JO2-22-4交流异步电动机、YB-6叶片泵、旋转编码器，示波器等。

　　图3中左边和右边两个液压缸的油路是独立的，液压缸5活塞上装有用光电编码器改造成的位移传感器，可以将活塞的位移转换为脉冲送入PLC的高速计数器记录其运动曲线。其运动方向由电磁换向阀4控制。溢流阀3只作安全阀用。液压缸12用来为液压缸5加负载，负载力大小由溢流阀10调定。此实验台既可作泵控实验也可做阀控实验时，电磁换向阀4预先打开;做阀控实验时，电机2预先启动到额定转速^[6]。