无锡福艾德自动化科技有限公司官方网站欢迎您!

液压伺服控制系统原理

最好的控制器和软件也无法克服设计拙劣的液压系统。完整的液压伺服控制系统包括液压运动控制器,高精度位移,压力,载荷传感器,伺服油缸,高精度液压伺服阀,液压站,管道等附件,如何选择最合适的液压伺服控制?
 
 
 
全球化竞争要求我们的工厂运营者面临着永无止境的让设备更高效运行的任务之中。这常常要求我们的运动控制系统更高速,更精确。但是在一个闭环控制系统,更高的速度和精度必须始于良好的元件设计。无论你是多么在意控制器和软件,如果流体控制系统中的油缸和阀没有得到很好的设计选型或者正确的安装,系统的性能就会大打折扣。
 
油缸设计选型
 
上述所讨论的第一步首先计算油缸规格,可以确保系统有良好的动态响应,满足加速、减速的要求。这也通常意味着需要计算系统所需的压力。
 
下一步就是需要决定阀的规格(额定流量),在计算完油缸尺寸之后,这是直驱而入的一步。需要注意的是:伺服阀和伺服比例阀的额定流量通常是基于压降ΔP = 70 bar (1,015 psi)而其它比例阀通常基于压降ΔP = 10bar (145 psi)。这个差别是很大的。1000psi压降的流量大约是150psi压降的流量的2.65倍。然而,选择合适的阀不只是一个额定流量的选择,因为大多阀还有很多功能选项需要考虑。
 
选择什么类型的阀
 
比例阀需要一个放大器,把运动控制器的输出电压转化成高的电流信号,从而驱动阀芯。对于伺服比例阀,放大器比较由控制信号或参考信号与LVDT反馈过来的阀芯位置信号所产生的偏差。一些放大器用简单的比例控制,而一些采用PI或者PID控制。如果放大器没有很好的与阀适配,阀的性能就会打折扣。最好的办法就是选择带集成电子的比例阀,有助于确保放大器得到很好的匹配。采购独立的放大器卡需要额外的努力和知识来调整放大器增益,从而阀芯会相对于控制信号能够快速响应。
 
 
另外一个事实就是并不是所有阀的制造商都在同一条件下测试伯德图。不同的制造商在不同的阀芯位移定义其额定值。100%的控制信号与5%控制信号相比,阀芯行程响应通常会差很多。这也就意味着同样定义为30Hz的两个阀,假设一个阀额定值使用5%的控制信号而另外一个阀使用50%的控制信号,实际上其是不同的。许多伯德图显示频率响应时使用5%或者25%的正弦信号。5%的额定值在对阀颤振约为0%的应用非常适用,诸如压力和力控制系统。然而,它们并不适用于高速应用,因为此时阀工作行程将达到100%。一个好的原则就是取0~100%的上升时间,乘以4,然后除以1,从而得到全行程的频率。
 
具有高频响的线性阀对于高性能位置/压力控制系统是必须的。当然,光有阀的性能是不够的,也需要一个好的运动控制器来补偿阀的响应以及执行器和负载的弹簧质量效应。为了最大化一个设计良好的液压系统的性能,同时需要选择一个合适的运动控制器。他们应该具有这样的特征,诸如独立的上升和下降增益调节,位置-压力/力控制,同时也可以直接连接至磁致伸缩位移传感器等。
 
阀芯选择
 
对于位置和压力/力控制,选择伺服比例阀。只要通过阀的压降保持不变,阀芯提供的流量与控制信号成正比例。这类阀拥有稳定的增益,因为响应是线性的。
 
正遮盖阀芯
 
一些阀的流量增益随着控制信号改变。这些阀通常在控制信号接近零的区域流量增益低,当控制信号将近±100%的时候流量增益高。带槽口或者双增益的阀有着明显的低增益和高增益区间,而非线性阀有着连续的变增益特性。对于手动操控系统,两种类型的阀都可以提供精确调整,无论工作流量处于低速还是高速区间。

双增益或变增益阀芯
 
一些阀的流量增益随着控制信号改变。这些阀通常在控制信号接近零的区域流量增益低,当控制信号将近±100%的时候流量增益高。带槽口或者双增益的阀有着明显的低增益和高增益区间,而非线性阀有着连续的变增益特性。对于手动操控系统,两种类型的阀都可以提供精确调整,无论工作流量处于低速还是高速区间。
 
对于手动或者开环控制这不是问题,但是非线性阀使得整个系统非线性和闭环控制更困难。当阀在高增益和低增益区间工作切换时,控制器必须能快速改变增益。理论上,阀的线性化(补偿变增益时作为控制信号的函数)可以利用运动控制器来调节。然而,这需要匹配阀的具体特性,因此限制了它的应用。对于低增益区间给定的流量变化,阀芯必须移动更多,从而降低在该区间的响应,降低了系统性能。
 
带开口槽的阀芯在闭环控制只用于低速时,工作非常好。开环或者手动控制可以用在高速区间,此时阀处于高增益区间。这样,阀在高增益和低增益两个区间切换工作时,就没有必要快速改变闭环控制器的增益。然而,对于大多的位置和压力控制应用,最好避免采用带开口槽的或者非线性阀。
 
更大也许更好?
 
金属制造工业的制造商们面临着这样一个问题,就是伺服系统没有达到设计的性能要求。液压仿真认为油缸没有提供足够的力控制更大的负载,数学模型建议采用更大规格尺寸的油缸,并安装适合的更大规格的液压阀。
 
图形分析也显示,小尺寸的油缸是如何不能提供足够的力,使大型负载加快减速。更小尺寸的油缸在油缸端盖排油(压力降为零),而有杆腔端压力超出了系统压力。系统无法控制,因为活塞杆端的油液流至供油单元,实际上使得减速降低。
 
大规格的油缸可以以同一速率加速负载,但是其更大的活塞面积意味着压力改变不会太大。整个循环周期里油缸压力基本处于压力范围的中间,为保证良好控制,经过活塞的压力损失很大。
 
提高油缸直径也就是提高系统的自然频率(刚度),让运动控制器可以处理更快的加速和减速控制。当正确调试的时候,就会提高系统性能。然而需要记住的是,更大的油缸需要更大的阀和更多的油。过大的油缸成本会更高,并且更大的阀响应会

更慢,在某些情况,提高阀的规格尺寸并不能提高系统的响应。