智能型閥門電液執(zhí)行器的動態(tài)特性分析

1、智能型閥門電液執(zhí)行器的動態(tài)特性分析隨著機電液一體化技術(shù)的發(fā)展已開發(fā)出智能成套式電液執(zhí)行器該執(zhí) 行器沒有外置附屬設(shè)備系統(tǒng)簡單運行可靠操作方便本文就針對該執(zhí) 行器的特性進行分析智能型閥門電液執(zhí)行器組成智能型閥門電液執(zhí) 行器綜合了液動控制機電和計算機技術(shù)由機電伺服控制系統(tǒng)和液壓 驅(qū)動系統(tǒng)兩大部分組成機電伺服控制系統(tǒng)機電伺服控制系統(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共同對步進電機進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)上引入直接檢測運動部件的測量環(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)并通過計算機控制器 對系統(tǒng)的運行進行最少拍控制

2、這樣該系統(tǒng)不但可使運動部件的定位 精度由檢測環(huán)節(jié)的測量精度決定而且可對各種干擾和非線性因素對 運動部件產(chǎn)生的影響進行有效的動態(tài)校正使任何時刻運動部件的實 際位移量總是嚴(yán)格跟隨指令值變化從而保證運動部件的位移具有較 高的動態(tài)精度液壓驅(qū)動系統(tǒng)液壓驅(qū)動系統(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)動回路系統(tǒng)回 路的原理框圖如圖所示液壓驅(qū)動回路采用雙向定量內(nèi)嚙合式齒輪油 泵通過改變油泵輸入轉(zhuǎn)速和油流方向控制液壓缸的運動方向和速度 回路中壓力的大小取決于負(fù)載的大小因而沒有過剩的壓力和多余的 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)橥苿佑捅?旋轉(zhuǎn)的動力減少原動機的功率

3、消耗當(dāng)換向時由于運動慣性而產(chǎn)生的 液壓沖擊可以被回收變成推動油泵旋轉(zhuǎn)的動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)行器動態(tài)特性分析機電伺服控制系統(tǒng)動態(tài)特性分析機電伺服 控制系統(tǒng)的動態(tài)特性主要取決于位置控制器和步進電機的特性步進 電機是將脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件步進電機轉(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)步進位置控制系統(tǒng)的動態(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)為步進電機的步進 角為智能型閥門電液執(zhí)行器的動態(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、用的閥門電液執(zhí)行機構(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 門電液執(zhí)行器從根本上解決了上述問題通過對智能閥門電液執(zhí)行器 的理論分析系統(tǒng)地闡述了智能閥門電液執(zhí)行器的系統(tǒng)組成工作原理 及實現(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)分析了智能閥門電液 執(zhí)行器的動態(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)行器動態(tài)特性智能型閥門動態(tài)穩(wěn)定性第卷第期年月修回日期！液壓機構(gòu)傳遞函數(shù)為活塞位移它包括位置控制器被控對象和 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 點和最小拍控制理論可得廣義對象傳

5、遞函數(shù)為式中為活塞運動速度 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)為步進電機的步進角為轉(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)的影響并對式進 行變換得式中為位置檢測采樣周期為對象增益內(nèi)嚙合齒輪油泵流量 計算及其傳遞函數(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間內(nèi)旋轉(zhuǎn)的角度對式進行拉氏 變換并以油泵流量為輸出以電機轉(zhuǎn)角變化為輸入得液壓驅(qū)動回路動 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 油流量為活塞及運動部件的質(zhì)量為活塞位移對式進行拉氏變換并以 流量為輸入以位移為輸出得智能閥門電液執(zhí)行器動態(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) 開環(huán)傳遞函數(shù)為式中為系統(tǒng)增益當(dāng)時根據(jù)式作出的開環(huán)伯德圖如圖 所示根據(jù)奈魁斯特判據(jù)當(dāng)開環(huán)傳遞函數(shù)在右半平面沒有極點時閉環(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 對智能閥門電液執(zhí)行器動態(tài)特性的分析可以得出如下主要結(jié)論智能 閥門電液執(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)時系統(tǒng)無穩(wěn)態(tài)誤差因此只要使智能閥門電液執(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)動態(tài)特性減少穩(wěn)態(tài) 誤差使用智能閥門電液執(zhí)行器直接調(diào)節(jié)閥門可張艾萍等智能型閥門 電液執(zhí)行器的動態(tài)特性分析第期以節(jié)省投資檢修和維修費用少但因 其作用力大而無卡澀滯后等缺陷使調(diào)節(jié)的安全性和可靠性得以大幅 度提高周凱步進驅(qū)動系統(tǒng)模糊控制機械工程學(xué)報！李穎宏！郭棟，基于單片機實現(xiàn)的步進電機通用控制器微特電 機！官忠范液壓傳動系統(tǒng)北京'機械工業(yè)出版社！臧利林！賈磊！ 丁新，基于器件的步進電機控制器的研究與設(shè)計電子技術(shù)應(yīng)用！柏英武張艾萍！方向為發(fā)電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測故障診斷技術(shù)及優(yōu)化控制方法的葉 榮學(xué)！狀態(tài)監(jiān)測故障診斷技術(shù)及優(yōu)化控制方法的研究'！上