改善电液伺服系统动态特性的双自由度回路原理及控制方法

电液控制技术受现有伺服阀动态响应特性限制，不能满足民用和国防建设大功率、高响应振动环境模拟需求，制约许多生产过程生产效率和最终产品质量。针对上述不足，依据伺服阀的非线性特性，提出采用2个伺服阀并联控制液压执行器的回路原理，来提高系统的动态响应特性。进一步针对大流量、大负载扰动、位置/压力复合控制等应用场合，提出相应控制方案，构成不同的控制回路。研究工作将对新提回路原理在不同控制方式下的动静态特性进行研究，主要包括：消除多个伺服阀特性不对称影响的方法，提高大流量电液伺服系统动态响应的回路原理和方法，提高具有大负载力扰动电液伺服系统动态刚度和控制精度的控制回路和控制算法，实现无冲击切换的高响应压力、位置复合控制的策略和转换方法。研究成果在振动环境模拟、轧机压下控制、热连轧卷取机踏步控制、高速塑料注塑和金属压铸成型等技术领域具有广阔的应用前景。

电液控制技术受现有伺服阀动态响应特性限制，不能满足民用和国防建设大功率、高响应振动环境模拟需求。本项目依据伺服阀非线性特性，提出采用2个阀并联控制液压执行器的回路原理，来提高系统的动态响应特性，并针对大流量、大负载扰动、位置/压力复合控制等应用场合，提出相应控制方案，构成不同控制回路。本项目对新提回路原理在不同控制方式下的动静态特性进行了研究，主要内容及研究结果如下：.一、双阀并联提高负载刚度的控制方法研究。提出基于双阀驱动的流量前馈补偿方案，分析了流量前馈补偿提高动态负载刚度的基本原理；理论推导出流量补偿模型，给出了补偿阀控制信号的确定原则及自学习确定方法；仿真和实验研究表明，外力负载作用时的最大动态位置偏差减小50%以上，即系统的动态负载刚度得到大大提高。研究成果可用于轧机压下系统等受较大外力负载冲击的应用场合。.二、阀控非对称缸动力机构线性化数学模型研究。采用对两腔流量近似处理的方法建立了阀控缸动力机构数学模型，与传统采用压力微分近似方法相比，模型更精确。该研究成果为本项目其它研究内容提供了理论基础。.三、双阀并联提高系统响应速度的机理研究。建立了双阀驱动阀控缸动力机构的数学模型，分析得出双阀驱动提高系统动态响应速度的机理为：与单阀系统相比，系统静态特性和从阀芯位移到活塞位移的动态特性不变，但提高了控制输入到阀芯位移的动态响应速度，因此，这两个阀可以等效为一个高响应阀，从而提高系统的动态特性。在两个阀特性不对称情况下，采用合适的信号分配方式，仍然可以提高系统特性。研究结果表明，双阀并联驱动可用于提高声场模拟、振动环境模拟等液压振动系统的动态性能。.四、双阀驱动位置/压力复合控制方案研究。提出方案：在由阀1构成压力环在内位置环在外的传统的双环控制方案基础上，增加由阀2构成的独立位置环，通过位置给定值的设置来切换位置/压力控制。仿真研究表明，位置控制、压力控制都达到了良好的动态特性，且位置/压力控制切换过程没有冲击。研究成果可用在卷取机踏步控制等要求位置压力复合控制的应用场合。.五、位置/速度复合控制方法研究。提出速度前馈和位置反馈的复合控制策略，研究了速度前馈控制量计算模型、负载力补偿量计算公式。仿真和试验研究表明，在不同负载下，正向、反向运行具有相同的速度和动态特性，都可以获得较好的控制性能。研究成果还可用于非对称缸正反两个方向的对称控制。