升降平臺液壓同步控制的方法及應用

摘 要：本文主要介紹一種液壓閉環伺服控制系統的工作原理、特點、分類及應用。本文所采用的是一種改進的四缸同等位置同步系統，該控制系統的主要特征是同步精度高，響應速度快。

關鍵詞：同等式同步控制 電液伺服控制系統 閉環控制 同步精度

中圖分類號：TH137 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）01（a）-0099-01

隨著航空航天、現代機械工程、冶金機械等的飛速發展，對液壓同步控制技術要求精度和穩定性越來越高。以升降平臺為例，機身的四個升降液壓缸在升降時應能達到很好的同步控制，否則可能造成對機身或液壓油缸的破壞，甚至由于機身的不平而使平臺整體結構造成嚴重的破壞。采用電液伺服同步控制系統逐漸代替傳統的液壓控制系統。電液伺服閥是實現電液伺服同步控制技術的關鍵控制器件。由于其較好的控制精度和穩定性，電液伺服閥已開始逐漸代替傳統控制閥。

1 液壓閉環伺服控制系統

1.1 工作原理

設定值即輸入信號決定了閥芯的先導壓力等級。傳感器主要檢測閥芯的位置，產生一個電控模塊可以識別的反饋信號，電控系統通過輸入信號和反饋信號之間的偏差來驅動電磁閥，進而改變先導壓力，驅動主閥芯到正確的位置。

①集成脈寬調制。

采用基于集成的脈寬調制的電液伺服閥來控制，一旦主閥芯到達所需位置，調制停止，閥芯位置被鎖定。

1.2 平臺升降同步閉環控制系統

液壓同步閉環控制系統現在有很多實現形式，根據系統所需要實現的任務的不同，以及有多少被控執行元件、類型和結構、安裝與運行方向、控制元件的不同會有很多種分類。“同等方式”和“主從方式”控制方式是液壓同步閉環系統最經常使用的兩種。兩種方式比較，采用“同等方式”控制方式的液壓同步閉環系統就需要個執行元件、檢測元件、控制元件、反饋等之間的關系嚴格匹配，才能獲得與采用“主從方式”的控制系統同等高精度的同步輸出，這樣就加大了機械設備的實行難度。

（1）同步閉環伺服控制系統的特點：①同步精度高。同步閉環伺服控制采用伺服閥控制液壓同步，伺服閥的精度高，響應快。②組成復雜。由同步閉環伺服控制組成的控制系統，此種伺服閥組成復雜，造價高且抗污染能力差。

（2）同步閉環控制系統的形式分類，①按控制輸出的不同，液壓同步閉環控制分為力同步閉環控制、速度同步閉環控制和位置同步閉環控制三種形式。②按被控執行元件的數量不同，液壓同步閉環控制又有雙執行元件和多執行元件同步閉環控制之分。③按被控執行元件的類型與結構、安裝形式與運動方向的不同，可以將液壓同步閉環控制分為液壓缸同步閉環控制與液壓馬達同步閉環控制。由于液壓執行元件的安裝形式與運動方向對同步控制的性能有著直接的影響，因此，液壓同步閉環控制又能細分成臥式和立式兩種形式。

1.3 控制系統的特點

由于各種控制元件間在結構及性能上存在的差異，液壓執行元件單作用液壓缸與雙作用液壓缸的結構及安裝方式的不同等原因造成了相應控制形式間都有著各自的鮮明特點。

（1）電液伺服閥控制，電液伺服閥控制：電液伺服閥是種高精度、高頻響的電液控制元件，由它組成的液壓同步閉環控制系統不僅具有較高的響應速度，而且同步控制精度高。電液伺服閥組成的液壓同步閉環控制一般適用于高同步精度要求的各類主機。

（2）立式液壓缸同步缸閉環控制，立式液壓缸同步缸閉環控制就存在因液壓缸豎直安裝導致的重力負載的作用，且會引起油缸在兩個運動方向上的動態性能不一致，給正反兩個運動方向的高精度同步控制帶來困難。這種重力負載的“干擾”現象，對大負荷的同步提升或下降是尤其嚴重的。

（3）對稱多液壓缸，對稱液壓缸是種雙桿雙向輸出的液壓缸，它的最大特點是進、回油腔承壓面積相等，但其構造較復雜、滑動磨擦阻力增大、需要的運行空間也大。

2 平臺升降同步閉環伺服控制及應用

采用液壓同步閉環控制的目的，就是要利用閉環控制的自身特點來獲得被控多個執行元件與負載的輸出量的高精度同步。對于液壓同步閉環控制來說，“同等方式”和“主從方式”是通常采用的兩種控制策略。“同等方式”即指多個需同步控制的執行元件跟蹤設定的理想輸出而都分別受到控制并達到同步驅動。“主從方式”是指多個需同步控制的執行元件以其中一個的輸出為理想輸出，而其余的執行元件均受到控制來跟蹤這一選定的理想輸出并達到同步驅動。

對于帶多個元件的執行器，同時驅動同一個結構元件的升降液壓系統，由于每個油缸的生產制造工藝、泄漏、非線性摩擦力、結構、負載等上的差異。計算機控制的液壓同步伺服控制很好的解決了由于液壓系統的泄漏、執行元件的非線性磨擦阻力、以及控制元件的性能差異、結構件的制造工藝、平臺的負載大小、以及載貨的分布、平臺的高度等都將造成同步誤差。可實現平臺的自動調平，可大大提高同步精度。

同步控制回路就是根據通過改變一些液壓回路的流量來達到同步的，軟件程序中給定每個油缸的設定值控制伺服電磁閥開口。而位置誤差的檢測是通過位移傳感器來實現，位置精度的高低決定控制回路的精度。如以四個油缸的位置平均值作為參考值，每個油缸位置與平均值比較，當在規定的一定誤差范圍內時，油缸的驅動值不變即等于原來的設定值；當油缸的位置與平均值比較大于平均值加上一定的誤差值時，減小油缸的驅動值使油缸的伸縮慢下來；當油缸的位置與平均值比較小于平均值加上一定的誤差值時，增大油缸的驅動值加快油缸的伸縮速度；這種方法的基本程序是先根據運行經驗，確定一組伺服閥基本設定參數，即沒有位置傳感器時，初調平臺升降時各伺服閥的初始值作為設定值。并將系統投入閉環運行，然后加入傳感器位置反饋值，觀察平臺升降同步效果，調整設定值。若認為控制質量不滿意，則根據各設定參數對控制過程的影響改變調整參數。這樣反復試驗，直到滿意為止。

經過試驗證明，平臺升降采用多液壓缸的位置同步電液伺服閥閉環控制，整機的同步驅動效果明顯，不同步范圍在±5 mm之內，且同步驅動時平穩、無卡住和水平搖晃現象。

3 結語

隨著航空航天、農業、工程機械、冶金機械等的不斷發展，計算機硬件、軟件技術的廣泛應用，液壓同步控制閉環系統得到了不斷的日趨完善和成熟。

參考文獻

[1]蘇東海，韓國惠.液壓同步控制及應用[J].

[2]王秋敏.液壓同步閉環系統的控制類型及策略[J].

[3]司葵卯，魏立基，夏谷成.液壓同步控制回路[J].