泵控式电液伺服速度控制系统仿真与分析

　　泵控式电液伺服速度控制系统是一种组合系统,它的反馈测量传感器和信号放大器是电的,而执行装置是液压的。因此泵控式电液伺服速度控制系统除了具有液压传动的优点之外,还有响应快、系统刚性大、伺服精度高等特点,在机械、冶金、化工、航空航天等工业部门中得到了广泛的应用。

　　1 泵控式电液伺服速度控制系统原理

　　通过改变双向变量液压泵的排量对双向定量液压马达调速。而变量泵的排量调节通过电液伺服阀和双杆液压缸组成的阀控式电液伺服阀机构的位移调节来实现。负载与指令机构间设有测速电动机(速度传感器),从而构成一个闭环速度控制系统。当向系统输入指令信号后,控制液压源的压力油经电液伺服阀向双杆液压缸供油,使液压缸驱动变量泵的变量机构在一定位置下工作;液压马达的输出速度由测速电机检测,转换为反馈信号,与输入指令信号相比较,得出偏差信号控制电液伺服阀的阀口开度,从而使变量泵的排量保持在设定值附近,最终保证双向定量液压马达在希望的转速值附近工作。位置传感器构成内部反馈环节,用以提高系统的控制精度。其结构图如图1所示。

　　2 泵控式电液伺服速度控制系统的数学模型的建立

　　泵控式电液伺服速度控制系统包括积分放大器、泵斜盘倾角位置控制比例回路以及泵控液压马达和速度传感器。泵斜盘倾角位置控制回路又包括比例放大器、伺服阀、液压缸以及位置传感器。

　　2.1 泵斜盘倾角位置控制回路

　　该控制回路控制回路主要包括比例放大器、伺服阀、液压缸以及位置传感器。

　　2.1.1 比例放大器Ki

　　由于其转折频率比系统频率高的多,故可以近似为比例环节。

　　2.1.2 电液伺服阀

　　当伺服阀工作频率比较低时(小于50 Hz),可用一个等效时间常数为T的一阶环节近似表示。当伺服阀的工作频带较宽时,则可用一个等效的二阶环节近似表示。故有:

式中:伺服阀增益;I₀为伺服阀的额定电流(A);q₀为伺服阀在额定电压下的额定空载流量(m³/s)。

　　2.1.3 液压缸

　　在略去阻尼、负载弹性系数和液压泄漏时,输入流量q和活塞位移y的关系为:

　　在零初始条件下,对式(2)进行拉普拉斯变换有:

式中:A为液压缸工作面积(m²);Vt为从阀出口到液压缸活塞的两腔总体积(m³);Be为油液有效体积弹性模数(N/m²);Ke为滑阀的流量-压力系数(m⁵/N#s);m为负载质量(kg)。

　　2.1.4 位置传感器Kf

　　由于位移传感器响应频率远大于系统的响应频率,故可将位置传感器近似看成比例放大器。