水压双缸同步控制的实验研究

　　水压技术在上世纪90年代初的再次兴起,使得传统的油压传动技术受到了巨大的挑战。环保、节能是水压技术得以发展的根本立足点,而这正是油压技术无法解决的致命弱点。双缸同步控制一直是液压缸应用中的一个难题,水压双缸同步控制在医疗食品、森林伐木、水上游乐等行业有着广阔的前景,但对水压的双缸同步控制的研究目前还少有涉足。本文在本单位自行设计并制作的水压缸测试台上完成了水压双缸同步控制的实验,并对实验结果进行理论研究,分析了水压双缸同步控制应用的可行性和存在的问题。

　　1 水压双缸同步控制实验系统和控制策略简介

　　在同步控制应用中,常常采用的同步控制元件有三种: (1)分流集流阀; (2)液压伺服阀; (3)比例流量阀。

　　应用分流集流阀的同步系统的优势在于成本低,缺点是控制精度较低;而伺服控制的优点在于精度高,但是成本却很高;比例节流阀则综合了分流阀和伺服阀的各自优势,即价格较低、控制精度较高,是性价比较高的一种元件。因此本系统选择水压比例节流阀作为控制元件。对于同步控制回路而言,位置误差的检测都是利用位移传感器来进行的,因此位置同步精度较高,容易实现双向同步。

　　常常采用的同步控制策略有三种:“并联结构”、“串联结构”和“并、串复合联接”。“并联结构”由于各元件的性能差异而难以得到良好的控制性能;对于“串联结构”,因为从动系统的输出变量跟踪主动系统的输出具有延时性,所以系统在响应过程中会出现较大的动态同步误差。本实验系统采用并、串复合的方式,如图1所示,在保证稳态同步误差的基础上,还能兼顾动态同步误差,能够获得较好的同步精度。

　　水压双缸同步控制实验台主要由水压缸、水压比例阀、水压换向阀、位移传感器和安装平台组成,实验系统的水压原理图如图2,其外观图如图3。

　　本实验系统利用微机、数据采集卡、放大器及位移传感器组成一个闭环控制系统,水压比例节流阀作为调控的核心元件,以两个水压缸作为执行元件,最终实现双缸同步控制。水压双缸同步控制系统的控制原理图见图4。

　　2 软件设计

　　本系统人机界面程序采用Visual Basic编译,采用VB能简便快捷地编译出良好完善的人机界面。

　　针对本系统而设计的人机界面简洁、直观、操作方便,每项操作都设置了一个按钮键,开始、暂停、下降、停止、保存以及滤波处理功能都可以一键完成。在该界面上还可以随意设置初始电压值,该电压值对应着一个相应的初始速度,而且实时采样及由数据绘出的两个水压缸的时间-位移曲线可以直观地显示在界面上。本水压双缸同步控制的人机界面如图5所示。