电液伺服系统同步控制研究

　　1　引言

　　随着液压技术在工程领域中的应用日益扩大,大型设备负载能力增加或因布局的关系需要多个执行元件同时驱动一个工作部件,因此同步控制就显得越来越重要了。但由于每一个液压系统的泄漏、控制元件间的性能差异、各执行元件间负载的差异、系统各组成部分的制造误差等因素的影响[1],将造成多执行机构的同步误差,如果不有效地加以控制并克服这种同步误差,系统将不能正常工作。

　　本文以北京市科委支持项目为背景,以北京交通大学液压伺服控制实验室夹持同步控制试验平台的阀控非对称液压缸为研究对象,对夹持同步控制进行试验研究。

　　2　系统描述

　　夹持同步控制实验平台为两个阀控非对称缸系统,系统结构框图如图1所示。

　　两个系统共用一个液压泵站,泵站采用恒压变量泵,供油压力为5MPa,同时有冷却器和蓄能器。两缸均装有位移传感器,右缸装有力传感器。

　　系统数字控制器主要由研华工控机(IPC610)、研华数据采集卡(PCL-816)、调理电路组成。控制软件用VisualC++6. 0编写。

　　3　系统建模

　　如果受力对象是一个位置系统,它运动与否主要由本身决定,施力系统仅仅起着加载作用。这种施力系统称为位置扰动型施力系统[2]。图2是对顶同步系统的原理图,从图中可以看出,子系统I为一个位置系统。当采用位置闭环-力跟随同步控制策略时,子系统II为施力系统。可以看出这是一个标准的位置扰动型施力系统。

　　假设以右边的施力系统为研究对象,左边的位置系统为受力对象。得到施力机构的力方程

　　m¨y+Ksy =Ksyf+F

　　其中,Ks为弹性系数,m为加载对象的折算质量。

　　液压缸的力方程

　　F =ApL

　　其中,A为活塞有效面积。

　　液压缸的负载流量方程

　　QL=CtpL+V4βe.pL+A.y

　　其中,Ct为总泄漏系数,βe为弹性模数。

　　伺服阀的负载流量方程[3]

　　Q_L=K_xx-K_ppL

　　其中,Kx和Kp的零位值可分别写成

　　其中,为阀芯阀套之间的径向间隙;μ为液体黏度;Δ为预开口量。

　　联立得到位置扰动型施力机构的力学模型

　　4　位置闭环-力跟随控制策略及试验研究

　　位置闭环控制-力跟随的控制策略,属于“主从式”控制[4],位置闭环控制和力闭环控制是位置闭环-力跟随控制策略实现的基础。对于液压缸II,力闭环控制给定一个恒定的压力值,当液压缸I向右运动时,两缸的对顶力增大,为了保持闭环,液压缸II会自动向右移动;反之,当液压缸I向左运动时,两缸的对顶力减小,液压缸II会自动向左移动,达到“跟随”液压缸I运动的效果。