PWS-1000型电液伺服动静万能试验机的动态特性分析

　　电液伺服动静万能试验机是现代材料力学试验中常用的一种试验机。它充分发挥了液压、电子、计算机等方面的优点,具有精度高、负荷大、频响宽、控制灵活等特点,成为精确研究材料、零部件甚至整机在实际使用状态下的力学性能的有力试验手段。PWS-1000型电液伺服动静万能试验机采用PC机对试验过程进行控制,可完成试验数据的分析处理及试验结果的储存打印显示等工作。为了深入了解该试验机的性能,合理地使用并发挥机器的效能,并进而合理地设计同类试验机,有必要深入地分析其动态性能。

　　1　试验机的结构与工作原理

　　电液伺服试验机是由机械、液压、电气、计算机四大部分组成。由工作台、立柱、横梁试件、上下夹头、负荷传感器以及活塞杆组成的机械部分承受试验载荷;液压部分是试验机的能源;电气部分主要完成力学量(负荷、变形、位移)的检测及安全保护等功能;控制信号的产生(试验波形)、PID控制参量的调节、试验结果的数据处理等工作由计算机完成。由PC机发出的控制信号与反馈信号相比较,所得的偏差信号经伺服放大器处理后产生控制电流,送到电液伺服阀的控制线圈。在输入电流的作用下阀芯移动,控制进入作动器内油液流量,使活塞运动,并经负荷传感器、上夹头将力传递给试件,再经下夹头传给机架。负荷传感器检测试件所受的力并转换成电量,经放大器处理后,作为反馈信号与输入信号相比较,这就构成负荷反馈控制回路。反馈信号还可以从夹持在试件上的引伸计或装在作动器上的位移传感器引出,从而构成变形(应变)反馈回路或位移反馈回路。根据试验的不同要求,可以选择三种反馈回路中的一种作为试验机的控制回路。

　　2　控制系统的动态数学模型

　　控制系统各环节的基本方程以拉氏变换后的形式给出,具体如下。

　　(1)阀控液压缸

　　线性化的伺服阀流量方程

　　(2)电液伺服阀

　　根据产品样本推荐,电液伺服阀可以看作二阶振荡环节

　　(3)伺服放大器

　　未经校正的伺服放大器可看作比例环节(微分、积分在系统校正中讨论)。另外,负荷传感器、位移传感器、引伸计(变形传感器)均可看作比例环节。

　　综合以上各式,可得如下的系统传递函数的方框图。

　　图2中各环节的传递函数如下

　　3　控制系统的博德图