宋云清

（伊犁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆伊寧，835000）

0 引言

頻率法設(shè)計(jì)液壓伺服系統(tǒng)可通過編寫MATLAB程序來實(shí)現(xiàn)，在初始化程序中存放大量的技術(shù)要求初始計(jì)算數(shù)據(jù)，根據(jù)這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)以后，進(jìn)行仿真試驗(yàn)，如果滿足系統(tǒng)的全部性能指標(biāo)，則設(shè)計(jì)成功:如不能滿足，可通過調(diào)整初始化模塊中的參數(shù)或改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(加校正)等方法，重復(fù)進(jìn)行仿真試驗(yàn)，直至滿足要求為止。降低了人工計(jì)算強(qiáng)度，提高了設(shè)計(jì)的實(shí)用性和效率。跑偏控制的目的是：在卷取過程中，使帶材定位卷齊，提高成品率，減小設(shè)備損壞，便于包裝運(yùn)輸。

1 工作原理

光電檢測器與卷筒剛性連結(jié)，包括光敏電阻構(gòu)成的電橋和光源，當(dāng)帶材正常運(yùn)行時(shí)，電橋平衡；當(dāng)帶材邊沿跑偏，偏離剛性連結(jié)的檢測器中央，光敏電阻的光照發(fā)生變化，隨之引起電阻值的變化，破壞了光敏電阻組成的電橋的平衡，輸出一個(gè)差動(dòng)電壓信號(hào)，經(jīng)放大器放大，產(chǎn)生一個(gè)差動(dòng)電流Δi，送入電液伺服閥的輸入端，產(chǎn)生與輸入信號(hào)成正比的流量，控制液壓缸，拖動(dòng)卷筒糾偏，至跑偏位移為零，使帶材邊沿處于檢測器的中心位置。如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)的組成

2 控制方案

圖2 系統(tǒng)職能方框圖

3 主機(jī)參數(shù)及對(duì)控制系統(tǒng)要求

3.1 主機(jī)參數(shù)

（1）卷取速度：v=5m/s ；

（2）負(fù)載情況：運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量M1=15000kg，最大鋼卷質(zhì)量M2=20000kg ，故總負(fù)載質(zhì)量：M=M1+M2=35000kg；

（3）工作行程H=±75mm。

3.2 對(duì)控制系統(tǒng)的要求

（1）卷取速度：v=5m/s ；

（2）卷齊精度 ：e≤ ±2mm ；

（3）剪切頻率：ωb>20rad/s；

（4）最大軸向加速度：am=0.47m/s2；

（5）最大軸向調(diào)節(jié)速度vm= 2 .2× 10?2m/s。

4 系統(tǒng)方框圖及傳遞函數(shù)

4.1 光電檢測器

式中:xe- 鋼帶跑偏量（m）；ug-檢測器輸出電壓（V）。

4.2 伺服放大器

4.3 液壓缸

采用變量泵，油源壓力取PS=3.92MPa，可對(duì)壓力損失進(jìn)行補(bǔ)償。取負(fù)載壓力為PL= 2 /3PS。則有作用面積

液壓缸除工作行程外，留有必需的空行程，考慮連接伺服閥與液壓缸間管道的容積，取

動(dòng)力元件的固有頻率

4.4 電液伺服閥

則其傳遞函數(shù)為：

4.5 系統(tǒng)方框圖

綜上所述，可得系統(tǒng)方框圖如圖3所示。

系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為

5 根據(jù)穩(wěn)定性確定開環(huán)增益

先設(shè)Kv=1作出開環(huán)波德圖，如圖4所示。

圖4 的開環(huán)Bode圖

圖5 的開環(huán)Bode圖

6 系統(tǒng)品質(zhì)分析

6.1 控制精度分析

可見，由于電氣部分增益很大，其產(chǎn)生的負(fù)反饋?zhàn)饔煤軓?qiáng),所以一旦出現(xiàn)干擾便可很快地進(jìn)行補(bǔ)償，即閉環(huán)系統(tǒng)的抗干擾性很強(qiáng)，產(chǎn)生的誤差不大。

圖6 系統(tǒng)時(shí)域特性仿真曲線

圖7 系統(tǒng)Nichols圖

7 影響系統(tǒng)工作精度的因素

7.1 伺服運(yùn)動(dòng)速度的影響

7.2 負(fù)載干擾力的影響

7.3 滑閥副徑向間隙的影響

負(fù)載誤差與閥心徑向間隙Cr有關(guān)，Cr越大，則閥芯零開口位置時(shí)的壓力靈敏度Kq越低，負(fù)載誤差越大。為提高液壓伺服系統(tǒng)的工作精度，應(yīng)盡量提高加工工藝以減少徑向間隙Cr。

7.4 機(jī)構(gòu)熱變形的影響

系統(tǒng)在工作時(shí)，機(jī)械結(jié)構(gòu)將因溫升而變形使被調(diào)節(jié)對(duì)象常數(shù)位置誤差。由于溫度升高，伺服閥開口量也會(huì)變化，以至使被調(diào)對(duì)象改變原來的位置而產(chǎn)生常數(shù)位置誤差。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，由于機(jī)構(gòu)熱變形引起被調(diào)對(duì)象常數(shù)位置誤差，嚴(yán)重者可達(dá)0.2mm～0.3mm。這個(gè)數(shù)值是很大的，會(huì)超過其他各項(xiàng)誤差的總和。增強(qiáng)機(jī)構(gòu)抵御熱變形的能力可以改善系統(tǒng)的工作性能，減小誤差，提高工作精度。

8 結(jié)束語

影響系統(tǒng)工作精度的因素很多，這些因素中有些參數(shù)既能提高工作精度又能改善穩(wěn)定性，如提高系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度、反饋剛度和運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量、液壓缸的長度，以及減少間隙、減少機(jī)構(gòu)的熱變形等。有的提高了工作精度會(huì)降低穩(wěn)定性，如活塞有效面積、閥的面積梯度、反饋系數(shù)和供油壓力等，這些參數(shù)對(duì)工作精度和穩(wěn)定性具有相反的作用，因而在確定時(shí)，應(yīng)先老慮穩(wěn)定性要求，同時(shí)兼顧工作精度的要求。