电液伺服马达扭矩控制设计及优化

　　随着液压技术、控制理论和电子技术的发展，集三者为一体的电液伺服控制系统，在工业各个领域得到了日益广泛的应用，电液伺服系统充分发挥电子与液压两方面的优点，在能控制大惯量、产生大的力或力矩的同时，又具有高精度、快速响应的能力。且其应用范围也由起初的军工部门推广到了石油化工[1]、冶金[2]、矿业[3]、机械[4]等民用部门。

　　本文对电液伺服系统中的液压马达进行了概述，并针对阀控马达的扭矩控制进行了理论分析和研究。

　　1 液压马达概述

　　工业中常用的液压马达按其结构和工作机理可主要分为齿轮式、螺杆式、柱塞式、叶片式马达等几类，其特点可分别简要概括如下：

　　(1)齿轮式液压马达 又可分为外啮合齿轮马达和摆线内啮合齿轮马达等结构型式。外啮合齿轮马达流量和输出扭矩的脉动很大，低速性能较差，通常用作高速小扭矩马达。摆线内啮合齿轮马达结构相对简单、体积小、转速范围宽，低速性能比外啮合式马达要好。齿轮式液压马达的流量及输出扭矩存在结构性脉动，泄漏比较大。

　　(2)螺杆式液压马达 其流量和输出扭矩不存在结构性脉动，转速均匀，噪声小，效率较高，故作为高速小扭矩动力马达在国防和民用工业得到广泛的应用。螺杆马达虽然径向结构紧凑，但轴向尺寸较大，且工作压力较低，对其应用范围造成一定的限制。

　　(3)柱塞式液压马达 又可分为轴向柱塞式马达和径向柱塞式马达。前者一般用作高速小扭矩马达，后者一般用作低速大扭矩马达，连杆型径向柱塞马达是应用最早的一种低速大扭矩液压马达，结构简单，制造容易，但转速和输出扭矩存在较大的结构性脉动，且体积和重量较大。无连杆式径向柱塞马达的低速性能比连杆式有所改善，例如，多作用内曲线径向柱塞式液压马达具有尺寸小、重量轻、脉动小、起动效率高、低速性能好等优点。

　　(4)叶片式液压马达 其与前面讨论的几种马达相比，有一系列明显的优点：①运转平稳，噪声低，流量和扭矩脉动小，低速性能较好。通过合理配置叶片数量以及设计定子过渡曲线，可消除结构性脉动。②结构简单，尺寸紧凑，重量轻。叶片马达的单位功率体积比和单位功率重量比均优于柱塞式马达。③马达轴径向所受液压力平衡，因此轴承的径向负荷小，精度高，使用寿命长。④叶片式马达的转动惯量小，回转跟随性能较好，能够迅速启动和制动，且能承受频繁的正反转切换。⑤叶片顶部磨损后能够自动伸出补偿，保持与定子的接触，不会影响马达的正常工作。同时，相较而言，叶片马达也有一些缺点：