伺服阀非线性特性建模的液压弯辊系统动态特性

　　伺服阀具有很多非线性特性,如伺服阀自身控制系统的动态特性[1];伺服阀的负载流量是阀芯位移、油源压力和负载压力的非线性函数;伺服阀具有电流限制、流量限制、伺服阀死区等非线性特性.由于特性参数难于获取或模型难于实现,在对液压伺服系统进行动态特性分析和仿真时,国内在进行伺服阀特性研究时,一些非线性特性往往被线性化或忽略.作者以某液压弯辊系统为研究对象,对伺服阀的非线性建模方法进行了深入的分析研究,主要考虑了伺服阀的电流限制、流量限制及伺服阀的负载流量是阀芯位移、油源压力和负载压力的非线性函数等非线性因素,并提出了一些改进方法,利用所建模型对液压弯辊系统进行了仿真,得到了较为满意的结果.

　　1 伺服阀非线性特性分析

　　伺服阀的实际动态特性与供油压力、输入信号幅值、油温、环境温度、负载条件等许多因素有关[2].从自动控制观点来看,伺服阀是一个高度复杂的装置,具有高阶的非线性动态特性.因此,用一阶,二阶甚至三阶传递函数描述伺服阀的动态特性,也仅仅是对伺服阀实际动态特性的一个近似等效.

　　在大多数电液伺服阀系统中,伺服阀的动态响应往往高于系统负载的动态响应[3-4].因此在分析系统动态特性时,只需要知道在一个适当的低频段内的伺服阀动态特性,也就是说,伺服阀传递函数只需要在某个低频区段内与实际伺服阀动态特性有较精确的近似等效关系,就足以满足系统设计和分析的需要.为简化分析,并考虑到具有较好的等效精度,从实用角度出发,一般伺服阀采用二阶振荡环节形式的传递函数.伺服阀等效函数中的系数,最好是根据实际使用条件进行伺服阀动态特征试验、然后通过计算机辅助的曲线拟合技术确定.在系统动态特性分析中,根据伺服阀样本中给出的幅频宽与相频宽等方面的指标数据,由伺服阀样本可知.

　　式中,ir(s)为伺服阀实际控制电流; i(s)为输入到伺服阀的电流;为伺服阀的阻尼比;为伺服阀的固有频率.

　　伺服阀的非线性特性,电流限制

　　其中,IN为伺服阀额定电流.

　　图1为弯辊系统的基本组成图,通过对弯辊系统的所示建立伺服阀的数学模型.给出伺服阀的实际流量方程,它是关于压力降和实际输入控制电流的函数

　　式中, ir为伺服阀实际控制电流;为伺服阀的实际压力差,即=Ps-ph;Ps为油源压力;ph为伺服阀输出端的压力;QN为伺服阀额定流量;N为伺服阀额定压差.

　　由上可以看出伺服阀的模型在加了一些非线性特性后,更加实际,但实现起来却比较困难.