电液伺服比例综合实验台阀控液压马达控制系统研究

　　0 引言

　　电液伺服比例综合实验台是我校设计、制造并且已经投入使用的一部大型实验设备。在教学过程中，学生能够在该实验台上进行电液比例控制课和自动控制原理课所涉及的很多实验，是对理论教学的很好补充。现着重研究该试验台中所利用的控制系统，以得到合理的控制参数，使该系统的性能进一步优化和改善。

　　1 试验台的组成以及技术要求

　　a) 组成

　　实验装置由实验工作台、液压伺服执行元件、液压泵站、电气控制单元、计算机测控系统等几部分组成。

　　1) 实验工作台

　　实验工作台由带“T”型槽的工作台面构成，在它的上面安装阀控液压马达，也可以在其上搭接实验用液压回路。

　　工作台尺寸: 长 × 宽 × 高 = 2 000 mm × 800 mm × 800mm

　　2) 液压控制元件

　　含有阀控马达、比例换向阀以及其他的一些控制阀类元件和液压辅助元件。

　　3) 液压泵站

　　系统额定工作压力: 31. 5 MPa。流量: 130 L/min。含有一个排量 63 mL 的手动变量柱塞泵和一个排量29 mL 的定量柱塞泵。

　　4) 电气控制单元

　　一个常规电控柜及操作台。

　　5) 数据采集系统

　　由一台工控机、板卡、软件、传感器组成的测控系统。

　　b) 技术要求:

　　1) 在伺服控制系统实验中，主要实现伺服系统的闭环时间响应特性实验、伺服系统频率特性实验、伺服系统控制策略研究实验和伺服系统误差测量实验;

　　2) 在数据采集系统实验中，主要实现实验数据采集、分析、处理、即时显示、实验曲线自动生成等功能和 MAT-LAB 实时控制。

　　一般来说，对于液压马达可以采取泵控方式或者阀控方式。泵控马达系统的优点是电动机拖动变量泵所消耗的功率能较好的和负载所要求的功率相匹配，系统功率损失小、效率高，广泛用于大功率重载设备中，但是泵控系统动态响应性能较慢[1-2]。阀控方式一般是由伺服阀或比例阀等构成闭环系统实现，阀控方式响应性能较好，结构简单，控制精度高，虽然其存在效率低、发热量大的缺点，但是考虑到该试验台主要应用于教学和实验，需要有较高的精度和较快的响应速度，所以采用阀控方式是一个较合理的控制策略。针对试验台的技术要求，完成了阀控液压系统的设计，借助 MATLAB 下的 SIMULINK 工具包进行仿真建模，对阀控液压马达液压系统的动态特性进行研究，得出较合理的控制参数，使系统的控制性能得到改善。

　　2 控制系统物理模型及工作原理

　　图1 是该试验台中阀控液压马达转角闭环控制系统的原理图，图中只列出了与同步有关的液压控制部分，其他如液压锁和平衡阀等元器件以及液压附件在图中并未给出。正常工作时手动变量泵调定到固定的排量后，相当于定量泵，角度转速传感器1 检测马达的转角和转速，与比例换向阀通过工控机构成闭环转角及转速控制系统。测控系统原理如图2 所示。