帶材跑偏電液伺服控制系統的品質分析

宋云清

（伊犁職業技術學院，新疆伊寧，835000）

0 引言

頻率法設計液壓伺服系統可通過編寫MATLAB程序來實現，在初始化程序中存放大量的技術要求初始計算數據，根據這些設計數據設計出系統以后，進行仿真試驗，如果滿足系統的全部性能指標，則設計成功:如不能滿足，可通過調整初始化模塊中的參數或改變系統結構(加校正)等方法，重復進行仿真試驗，直至滿足要求為止。降低了人工計算強度，提高了設計的實用性和效率。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，減小設備損壞，便于包裝運輸。

1 工作原理

光電檢測器與卷筒剛性連結，包括光敏電阻構成的電橋和光源，當帶材正常運行時，電橋平衡；當帶材邊沿跑偏，偏離剛性連結的檢測器中央，光敏電阻的光照發生變化，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，輸出一個差動電壓信號，經放大器放大，產生一個差動電流Δi，送入電液伺服閥的輸入端，產生與輸入信號成正比的流量，控制液壓缸，拖動卷筒糾偏，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 控制系統的組成

2 控制方案

圖2 系統職能方框圖

3 主機參數及對控制系統要求

3.1 主機參數

（1）卷取速度：v=5m/s ；

（2）負載情況：運動部件總質量M1=15000kg，最大鋼卷質量M2=20000kg ，故總負載質量：M=M1+M2=35000kg；

（3）工作行程H=±75mm。

3.2 對控制系統的要求

（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）最大軸向調節速度vm= 2 .2× 10?2m/s。

4 系統方框圖及傳遞函數

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，可對壓力損失進行補償。取負載壓力為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

動力元件的固有頻率

4.4 電液伺服閥

則其傳遞函數為：

4.5 系統方框圖

綜上所述，可得系統方框圖如圖3所示。

系統的開環傳遞函數為

5 根據穩定性確定開環增益

先設Kv=1作出開環波德圖，如圖4所示。

圖4 的開環Bode圖

圖5 的開環Bode圖

6 系統品質分析

6.1 控制精度分析

可見，由于電氣部分增益很大，其產生的負反饋作用很強,所以一旦出現干擾便可很快地進行補償，即閉環系統的抗干擾性很強，產生的誤差不大。

圖6 系統時域特性仿真曲線

圖7 系統Nichols圖

7 影響系統工作精度的因素

7.1 伺服運動速度的影響

7.2 負載干擾力的影響

7.3 滑閥副徑向間隙的影響

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

7.4 機構熱變形的影響

系統在工作時，機械結構將因溫升而變形使被調節對象常數位置誤差。由于溫度升高，伺服閥開口量也會變化，以至使被調對象改變原來的位置而產生常數位置誤差。據統計資料，由于機構熱變形引起被調對象常數位置誤差，嚴重者可達0.2mm～0.3mm。這個數值是很大的，會超過其他各項誤差的總和。增強機構抵御熱變形的能力可以改善系統的工作性能，減小誤差，提高工作精度。

8 結束語

影響系統工作精度的因素很多，這些因素中有些參數既能提高工作精度又能改善穩定性，如提高系統的結構剛度、反饋剛度和運動部件的質量、液壓缸的長度，以及減少間隙、減少機構的熱變形等。有的提高了工作精度會降低穩定性，如活塞有效面積、閥的面積梯度、反饋系數和供油壓力等，這些參數對工作精度和穩定性具有相反的作用，因而在確定時，應先老慮穩定性要求，同時兼顧工作精度的要求。