電液伺服機構位置精度超差問題探討

彭清輝

【摘 要】本文主要描述了電液伺服機構位置精度超差問題，分析了位置精度超差問題產生的機理，通過摸索和控制伺服閥參數，摸索位置精度篩選等方法，提高了產品生產合格率，保證了產品質量。

【關鍵詞】電液伺服機構;位置精度;超差

1 概述

電液伺服機構（以下簡稱伺服機構）主要應用于大型閉環控制系統，是大功率閉環控制系統中的執行機構，它通過放大輸入的控制信號驅動執行機構，實現系統閉環控制。伺服機構在工作過程中對傳遞精度存在較高要求，伺服機構位置精度超差主要表現現象為在階躍響應狀態下，定位位置精度超出要求的范圍。

2 位置精度現象分析

2.1 伺服機構工作原理

舵系統伺服回路由伺服放大器、電液伺服閥、反饋電位計和作動筒組成，反饋電位計將作動筒活塞桿位移轉換成極性與控制指令反相的電壓，伺服放大器將控制指令與反饋電壓進行綜合放大，控制電液伺服閥的開口，控制作動筒活塞桿位移，推動舵面偏轉。

2.2 位置精度超差原因分析

根據產品規范要求，伺服機構在小角度范圍內定位精度要求高，隨著角度的增加定位精度要求逐漸降低，所以在小角度范圍內容易導致定位精度超差現象。伺服機構在無位置校正前提下，位置精度問題最直接的原因是伺服機構死區變大，伺服機構閉環控制回路中主要存在以下環節：功放、電液伺服閥、作動筒和反饋電位器，其中功放集成在測試臺內，伺服機構無單獨功放環節，反饋電位器主要功能為位置反饋，影響伺服機構死區的主要環節為電液伺服閥。

3 位置精度問題影響因素分析

電液伺服閥是實現伺服機構閉環控制的關鍵部件，是位置精度問題的關鍵。針對位置精度超差問題對伺服閥相關尺寸參數進行控制和加嚴，提高電液伺服閥對工作環境的適應性，以滿足伺服機構工作要求。

3.1伺服閥閥芯閥套配合間隙控制

位置精度問題的主要原因在于電液伺服閥在伺服機構環境下工作一段時間后，閥芯閥套的運動靈活性產生變化，為增加閥芯閥套靈活性，挑選正重疊量相對較大的閥，加大閥芯閥套間隙，降低閥芯閥套間相對運動的阻力，提高閥芯閥套運動的靈活性，閥芯閥套間隙加大后相關參數在原有基礎上有一定改善，但由于閥芯閥套配合間隙要求極高，裝配過程中間隙的選配主要依靠人工經驗，間隙的調整和檢測難以作出明確的量化，只能定性判斷閥芯閥套間隙對位置精度問題的影響。

3.2 伺服閥噴嘴擋板間隙控制

電液伺服閥經伺服機構信號的轉換和放大，將伺服機構信號和反饋的偏差信號轉換成流量的輸出。伺服機構信號和反饋偏差形成的電流通過電磁馬達轉換成擋板的偏角，擋板的偏角經液壓馬達轉換成對閥芯兩端的液壓壓差，液壓壓差經閥芯的運動轉換成油液窗口大小，因而控制油液流向，從而控制伺服機構的運動。

增大閥芯閥套間隙是針對位置精度問題故障位置，直接調整故障位置參數使伺服閥滿足伺服機構工作環境，解決位置精度問題還可以從提升系統對閥芯閥套摩擦力的適應范圍著手，在相同偏差信號狀態下加大閥芯兩端液壓壓差，彌補閥芯閥套間阻尼增加造成的分辨率下降問題。在其他狀態不變的情況下，減小噴嘴擋板間間隙，當噴嘴擋板間間隙減少，擋板發生偏轉時，閥芯兩端快速形成足以使閥芯發生移動的壓差，減小因閥芯閥套間阻尼增加而造成的分辨率變化。

3.3 伺服閥充磁量控制

提高電液伺服閥分辨率還可以從電磁馬達級入手，即加大電液伺服閥磁鋼充磁量，在輸入相同的偏差信號情況下，增加擋板偏轉角度大小，增大閥芯兩端壓差，彌補因閥芯閥套間阻尼增加而造成的分辨率變化。統計和對比電液伺服閥優化相關參數前后動態數據，優化電液伺服閥相關參數后伺服機構位置精度問題明顯減少。

4 位置精度超差問題的篩選

經過對生產過程中位置精度問題測試波形及數據分析，位置精度問題的出現，伴隨著部分相關參數在原有基礎上出現較大的改變或偏離，位置精度超差問題產品可以通過篩選參數進行控制。

4.1 階躍響應時間篩選

正常情況下伺服機構接受位置精度階躍指令時閥口因瞬時接受指令快速開啟，液壓油快速形成壓差，推動連桿運動，上升時間較短。位置精度存在異常的伺服機構在接受位置精度階躍指令時閥芯因阻尼較大，閥口開啟較小或無法開啟，由于伺服機構功放存在未知滯后校正，位置偏差逐漸積累控制閥芯開口，閥口開啟調整速度慢，油液流動速度慢，連桿運動速度慢，伺服機構上升時間較長。

4.3.2 靜態階躍電流脈沖篩選

正常情況下伺服機構接受位置精度階躍指令時閥口因瞬時接受指令快速開啟，伺服機構快速響應后閥口迅速調整并關閉，伺服機構響應過程中，流量的輸出因為快速短暫的過程，伺服機構流量的輸出對應能量的消耗，即工作電流的大小，由于流量的輸出為快速短暫過程，所以電流的消耗應為短時脈沖過程，測試過程中伺服機構聲音存在明顯的沖擊變化。

位置精度存在異常的伺服機構在接受位置精度階躍指令時閥芯因阻尼較大，閥口開啟較小或無法快速開啟，流量無法快速輸出控制伺服機構運動，導致伺服機構動作緩慢，由于流量輸出是漸變的過程，能量的消耗較為平緩，通過測試曲線觀察，電流曲線無明顯尖峰，變化較為平緩，由于連桿動作完成后閥口不能迅速關閉，電流呈緩慢下降趨勢。

4.3.3 動態特性篩選

監測頻域動態測試過程中的時域響應，正常伺服機構頻率測試時域響應曲線在低頻正弦信號好下的反饋曲線存在不斷調整，即伺服機構速度在不斷變化，代表著閥的開口在不斷調，閥芯在不斷運動;位置精度異常伺服機構由于響應速度較慢，伺服機構在低頻正弦信號好下的反饋曲線基本成直線，即伺服機構速度基本保持不變，閥的開口基本不變，閥芯基本保持靜止;

5 總結

本文主要描述了某型號伺服機構位置精度超差問題，分析和摸索了位置精度超差問題產生的原因，通過調整控制電液伺服閥參數、根據位置精度超差伺服機構表現現象加嚴篩選等方法有效控制伺服機構位置精度超差問題。

參考文獻：

[1]胡敏良、吳雪茹主編.流體力學.武漢理工大學出版社.2008.06;

（作者單位：貴州航天控制技術有限公司）