智能型閥門(mén)電液執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性分析

1、智能型閥門(mén)電液執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性分析隨著機(jī)電液一體化技術(shù)的發(fā)展已開(kāi)發(fā)出智能成套式電液執(zhí)行器該執(zhí) 行器沒(méi)有外置附屬設(shè)備系統(tǒng)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠操作方便本文就針對(duì)該執(zhí) 行器的特性進(jìn)行分析智能型閥門(mén)電液執(zhí)行器組成智能型閥門(mén)電液執(zhí) 行器綜合了液動(dòng)控制機(jī)電和計(jì)算機(jī)技術(shù)由機(jī)電伺服控制系統(tǒng)和液壓 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)兩大部分組成機(jī)電伺服控制系統(tǒng)機(jī)電伺服控制系統(tǒng)的原理 框圖如圖所示該系統(tǒng)采用數(shù)字化閉環(huán)控制方式其基本思想是位置給 定指令和位置反饋信號(hào)共同對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制使其成為一較理想 的數(shù)字式積分環(huán)節(jié)在此基礎(chǔ)上引入直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的測(cè)量環(huán)節(jié)構(gòu) 成包含各種誤差源和非線性環(huán)節(jié)的全閉環(huán)系統(tǒng)并通過(guò)計(jì)算機(jī)控制器 對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行最少拍控制

2、這樣該系統(tǒng)不但可使運(yùn)動(dòng)部件的定位 精度由檢測(cè)環(huán)節(jié)的測(cè)量精度決定而且可對(duì)各種干擾和非線性因素對(duì) 運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生的影響進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)校正使任何時(shí)刻運(yùn)動(dòng)部件的實(shí) 際位移量總是嚴(yán)格跟隨指令值變化從而保證運(yùn)動(dòng)部件的位移具有較 高的動(dòng)態(tài)精度液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由雙桿液壓油缸液壓閥組 雙向內(nèi)嚙合齒輪油泵高壓電磁閥及彈簧等組成液壓驅(qū)動(dòng)回路系統(tǒng)回 路的原理框圖如圖所示液壓驅(qū)動(dòng)回路采用雙向定量?jī)?nèi)嚙合式齒輪油 泵通過(guò)改變油泵輸入轉(zhuǎn)速和油流方向控制液壓缸的運(yùn)動(dòng)方向和速度 回路中壓力的大小取決于負(fù)載的大小因而沒(méi)有過(guò)剩的壓力和多余的 流量效率較高回油背壓可直接作用在油泵的吸入口上變?yōu)橥苿?dòng)油泵 旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力減少原動(dòng)機(jī)的功率

3、消耗當(dāng)換向時(shí)由于運(yùn)動(dòng)慣性而產(chǎn)生的 液壓沖擊可以被回收變成推動(dòng)油泵旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力由于依靠液壓泵改變 油流方向因而換向沖擊小適合于功率大換向頻繁的液壓系統(tǒng)智能型 電液執(zhí)行器動(dòng)態(tài)特性分析機(jī)電伺服控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性分析機(jī)電伺服 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性主要取決于位置控制器和步進(jìn)電機(jī)的特性步進(jìn) 電機(jī)是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的執(zhí)行元件步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角 位移大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入電脈沖數(shù)及其頻率成正比并在吋間上與 輸入脈沖同步圖為閉環(huán)步進(jìn)位置控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中為位置 給定為位置控制器傳遞函數(shù)為轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)為步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn) 角為智能型閥門(mén)電液執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性分析張艾萍葉榮學(xué)東北電力 學(xué)院成教學(xué)院吉林吉林當(dāng)前所

4、用的閥門(mén)電液執(zhí)行機(jī)構(gòu)不僅存在卡澀 滯后等缺陷而且液壓伺服系統(tǒng)投資大附屬設(shè)備多系統(tǒng)復(fù)雜而智能閥 門(mén)電液執(zhí)行器從根本上解決了上述問(wèn)題通過(guò)對(duì)智能閥門(mén)電液執(zhí)行器 的理論分析系統(tǒng)地闡述了智能閥門(mén)電液執(zhí)行器的系統(tǒng)組成工作原理 及實(shí)現(xiàn)方法在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出系統(tǒng)每一環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)而得到系 統(tǒng)數(shù)學(xué)模型根據(jù)該系統(tǒng)模型利用奈魁斯特判據(jù)分析了智能閥門(mén)電液 執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性它的使用可以提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全性和可靠性 電液執(zhí)行器動(dòng)態(tài)特性智能型閥門(mén)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性第卷第期年月修回日期！液壓機(jī)構(gòu)傳遞函數(shù)為活塞位移它包括位置控制器被控對(duì)象和 反饋通道等部分位置控制器傳遞函數(shù)根據(jù)電液轉(zhuǎn)換器的位置控制特 點(diǎn)和最小拍控制理論可得廣義對(duì)象傳

5、遞函數(shù)為式中為活塞運(yùn)動(dòng)速度 為活塞面積為彈簧剛度為粘性摩擦阻尼系數(shù)為液壓油的有效體積彈 性系數(shù)為液壓油缸泄漏系數(shù)為步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角為轉(zhuǎn)換器的比例系 數(shù)為齒輪泵的流量系數(shù)考慮到泄漏系數(shù)可以通過(guò)制造精度的提高而 減少到不足以引起系統(tǒng)誤差因而可以忽略泄漏系數(shù)的影響并對(duì)式進(jìn) 行變換得式中為位置檢測(cè)采樣周期為對(duì)象增益內(nèi)嚙合齒輪油泵流量 計(jì)算及其傳遞函數(shù)根據(jù)內(nèi)嚙合齒輪油泵的工作原理油泵流量為式中 為齒輪油泵的輸入流量為齒輪單位時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度對(duì)式進(jìn)行拉氏 變換并以油泵流量為輸出以電機(jī)轉(zhuǎn)角變化為輸入得液壓驅(qū)動(dòng)回路動(dòng) 態(tài)特性分析根據(jù)液流的連續(xù)性考慮到液壓缸的泄漏及油液的壓縮性 并且液壓閥無(wú)流量調(diào)節(jié)功能則回路的

6、流量方程為式中為液壓回路的 油流量為活塞及運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量為活塞位移對(duì)式進(jìn)行拉氏變換并以 流量為輸入以位移為輸出得智能閥門(mén)電液執(zhí)行器動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性分析根 據(jù)前面的理論分析和圖所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)近似認(rèn)為泄漏系數(shù)可得系統(tǒng) 開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為式中為系統(tǒng)增益當(dāng)時(shí)根據(jù)式作出的開(kāi)環(huán)伯德圖如圖 所示根據(jù)奈魁斯特判據(jù)當(dāng)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)在右半平面沒(méi)有極點(diǎn)時(shí)閉環(huán) 系統(tǒng)穩(wěn)定的充分必要條件是在低于增益穿越頻率的頻率范圍內(nèi)開(kāi)環(huán) 相頻特性不穿越線圖中虛線相位裕量不小于而增益裕量由圖可知相 位裕量為增益裕量為符合奈魁斯特判據(jù)所以系統(tǒng)是穩(wěn)定的結(jié)論通過(guò) 對(duì)智能閥門(mén)電液執(zhí)行器動(dòng)態(tài)特性的分析可以得出如下主要結(jié)論智能 閥門(mén)電液執(zhí)行器系統(tǒng)穩(wěn)定，系統(tǒng)響應(yīng)

7、速度快并且減小系統(tǒng)增益減少液 壓油缸的行程和增加阻尼均可增大系統(tǒng)穩(wěn)定裕量當(dāng)不考慮智能電液 執(zhí)行器的泄漏系數(shù)時(shí)系統(tǒng)無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差因此只要使智能閥門(mén)電液執(zhí)行 器的泄漏系數(shù)控制在微小值范圍內(nèi)可以改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性減少穩(wěn)態(tài) 誤差使用智能閥門(mén)電液執(zhí)行器直接調(diào)節(jié)閥門(mén)可張艾萍等智能型閥門(mén) 電液執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性分析第期以節(jié)省投資檢修和維修費(fèi)用少但因 其作用力大而無(wú)卡澀滯后等缺陷使調(diào)節(jié)的安全性和可靠性得以大幅 度提高周凱步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)模糊控制機(jī)械工程學(xué)報(bào)！李穎宏！郭棟，基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)通用控制器微特電 機(jī)！官忠范液壓傳動(dòng)系統(tǒng)北京'機(jī)械工業(yè)出版社！臧利林！賈磊！ 丁新，基于器件的步進(jìn)電機(jī)控制器的研究與設(shè)計(jì)電子技術(shù)應(yīng)用！柏英武張艾萍！方向?yàn)榘l(fā)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)及優(yōu)化控制方法的葉 榮學(xué)！狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)及優(yōu)化控制方法的研究'！上