關于電液伺服控制系統的點滴思考

趙天陽

（河北南玻玻璃有限公司，河北 廊坊 065000）

一、液壓系統動態特性研究概述

隨著液壓技術的不斷發展與進步和應用領域與范圍的不斷擴大，系統柔性化與各種性能要求更高，采用傳統的以完成執行機構預定動作循環和限于系統靜態性能的系統設計遠遠不能滿足要求。因此，現代液壓系統設計研究人員對系統動態特性進行研究，了解和掌握液壓系統動態工作特性與參數變化，以提高系統的響應特性、控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

（一）液壓系統動態特性簡述

液壓系統動態特性是其在失去原來平衡狀態到達新的平衡狀態過程中所表現出來的特性，原因主要是由傳動與控制系統的過程變化以及外界干擾引起的。在此過程中，系統各參變量隨時間變化性能的好壞，決定系統動態特性的優劣。

（二）仿真環境簡介

基于Matlab平臺的Simulink是動態系統仿真領域中著名的仿真集成環境，它在眾多領域得到廣泛應用。Simulink借助Matlab的計算功能，可方便地建立各種模型、改變仿真參數，有效解決了仿真技術中的問題。

二、電液伺服控制的現狀與發展簡介

我國的電液伺服發展水平目前還處在一個發展階段，雖然在常規電液伺服控制技術方面，我們有了一定的發展。但在電液伺服高端產品及應用技術方面，我們距離國外發達國家的技術水平還有著很大差距。電液伺服技術是集機械、液壓和自動控制于一體的綜合性技術，要發展國內的電液伺服技術必須要從機械、液壓、自動控制和計算機等各技術領域同步推進。

（一）測控系統

測量控制系統隨著數字控制理論的成熟以及高速DSP技術的發展。全數字化測控系統已經成為今后測量控制系統發展的方向。動態電液伺服全數字測量控制系統，不僅要求硬件運算速度快、運算精度高，同時還要求在軟件和數字控制理論方面要有新的突破。這樣才能滿足電液伺服控制系統響應快速、控制精確、穩定可靠的要求。目前，美國MTS公司的TeststarII全數字控制器，運算頻率可以達到5000次/秒，控制特性在傳統的PID控制基礎上，還具有前饋控制、頻率反向補償控制、幅度控制和壓差等輔助控制特性。因此數字控制器由于其豐富的運算功能，其控制非常靈活，是模擬控制系統無法比擬的。國內目前技術成熟的全數字動態控制器還沒有進入產業化階段，還需要有一個發展研究的過程。

（二）液壓件

國內液壓件的整體水平目前還比較落后，主要采用橡膠密封結構方式，易老化泄漏、體積笨重、集成度低。隨著機械精密加工技術的成熟，國外密封大都采用球面和錐面配合密封方式，結構簡單，密封性能可靠。今后改善國內液壓件結構還需要在工藝性上下功夫，需要一個系統的完善過程。

三、電液伺服控制系統的模型建立

（一）建模方法簡介

為了研究系統某些特定的運動規律，通常先構建其物理模型，再用數學模型來描述該系統。數學模型是用來描述系統的信息或能量傳遞規律的數學表達式，將系統輸出變量、輸入變量和內部有關參變量有機地聯系在一起，便于對系統進行分析和研究。數學模型具體的表達形式多種多樣。對于液壓系統來說，常用的數學模型是連續的定常集中參數模型，主要形式有微分方程、傳遞函數、方塊圖與信號流圖以及狀態變量數學模型等。建模方法主要有解析法、傳遞函數法、狀態空間法和功率鍵合圖法等。

（二）電液伺服控制系統建模

利用典型的工件疲勞實驗機電液力伺服控制系統模型建立，基于MATLAB/simulink環境，介紹電液伺服控制系統建模的一般方法。

四、電液伺服控制系統的動態仿真

動態設計的目的是分析系統的穩定性、準確性和快速性等動態性能是否滿足設計要求。隨著計算機技術的不斷發展，液壓系統的動態仿真方法逐漸得到廣泛應用，對改進系統設計和提高系統可靠性都具有重要意義。以負載擾動作用下帶材糾偏控制系統設計為例介紹電液伺服控制系統在MATLAB/simulink環境下動態設計與仿真的一般方法。

（一）負載擾動誤差的計算

帶材糾偏控制系統主要由指令元件、光電檢測器、伺服放大器、伺服閥、液壓缸和負載等元件組成。光電檢測器和放大器（合稱為光電控制器）響應均很快，可視為比例環節，其總增益Ka值可根據系統需要由伺服放大器進行調整。伺服閥與液壓缸－負載的傳遞函數可由樣本查取。

（二）系統的穩定性分析

穩定性是指系統在給定輸入或外界干擾作用下，能在短暫的調節過程后，達到新的或者恢復到原來的平衡狀態。在通常情況下，負載擾動引起的穩態誤差相對于控制系統總的穩態誤差，數值較小，一般不會對系統的動態性能產生太大的影響。但如果對系統負載擾動作用下引起的穩態誤差提出了明確要求，或者計算出總的穩態誤差大于系統誤差性能指標，需要減小負載誤差，則由此來確定系統開環增益，設計出的系統可能是不穩定的。

（三）系統的校正設計

根據系統的性能指標（時域性能指標和頻域性能指標），對負載擾動作用下的電液位置伺服控制系統進行校正，只要設計合理，能夠有效減小或消除負載擾動對系統影響，滿足系統動態性能指標，可采用不同的校正方法。

利用MATLAB/simulink、AMESim等仿真環境，對電液伺服控制系統的動態性能仿真與校正設計簡便直觀，能夠起到較好的效果。在系統設計中，能夠大大簡化設計流程，在仿真過程中可以方便地模擬實際系統，反復調整各種參數，很快達到最佳設計要求。