带材跑偏电液伺服控制系统的品质分析

宋云清

（伊犁职业技术学院，新疆伊宁，835000）

0 引言

频率法设计液压伺服系统可通过编写MATLAB程序来实现，在初始化程序中存放大量的技术要求初始计算数据，根据这些设计数据设计出系统以后，进行仿真试验，如果满足系统的全部性能指标，则设计成功:如不能满足，可通过调整初始化模块中的参数或改变系统结构(加校正)等方法，重复进行仿真试验，直至满足要求为止。降低了人工计算强度，提高了设计的实用性和效率。跑偏控制的目的是：在卷取过程中，使带材定位卷齐，提高成品率，减小设备损坏，便于包装运输。

1 工作原理

光电检测器与卷筒刚性连结，包括光敏电阻构成的电桥和光源，当带材正常运行时，电桥平衡；当带材边沿跑偏，偏离刚性连结的检测器中央，光敏电阻的光照发生变化，随之引起电阻值的变化，破坏了光敏电阻组成的电桥的平衡，输出一个差动电压信号，经放大器放大，产生一个差动电流Δi，送入电液伺服阀的输入端，产生与输入信号成正比的流量，控制液压缸，拖动卷筒纠偏，至跑偏位移为零，使带材边沿处于检测器的中心位置。如图1所示。

图1 控制系统的组成

2 控制方案

图2 系统职能方框图

3 主机参数及对控制系统要求

3.1 主机参数

（1）卷取速度：v=5m/s ；

（2）负载情况：运动部件总质量M1=15000kg，最大钢卷质量M2=20000kg ，故总负载质量：M=M1+M2=35000kg；

（3）工作行程H=±75mm。

3.2 对控制系统的要求

（1）卷取速度：v=5m/s ；

（2）卷齐精度 ：e≤ ±2mm ；

（3）剪切频率：ωb>20rad/s；

（4）最大轴向加速度：am=0.47m/s2；

（5）最大轴向调节速度vm= 2 .2× 10−2m/s。

4 系统方框图及传递函数

4.1 光电检测器

式中:xe- 钢带跑偏量（m）；ug-检测器输出电压（V）。

4.2 伺服放大器

4.3 液压缸

采用变量泵，油源压力取PS=3.92MPa，可对压力损失进行补偿。取负载压力为PL= 2 /3PS。则有作用面积

液压缸除工作行程外，留有必需的空行程，考虑连接伺服阀与液压缸间管道的容积，取

动力元件的固有频率

4.4 电液伺服阀

则其传递函数为：

4.5 系统方框图

综上所述，可得系统方框图如图3所示。

系统的开环传递函数为

5 根据稳定性确定开环增益

先设Kv=1作出开环波德图，如图4所示。

图4 的开环Bode图

图5 的开环Bode图

6 系统品质分析

6.1 控制精度分析

可见，由于电气部分增益很大，其产生的负反馈作用很强,所以一旦出现干扰便可很快地进行补偿，即闭环系统的抗干扰性很强，产生的误差不大。

图6 系统时域特性仿真曲线

图7 系统Nichols图

7 影响系统工作精度的因素

7.1 伺服运动速度的影响

7.2 负载干扰力的影响

7.3 滑阀副径向间隙的影响

负载误差与阀心径向间隙Cr有关，Cr越大，则阀芯零开口位置时的压力灵敏度Kq越低，负载误差越大。为提高液压伺服系统的工作精度，应尽量提高加工工艺以减少径向间隙Cr。

7.4 机构热变形的影响

系统在工作时，机械结构将因温升而变形使被调节对象常数位置误差。由于温度升高，伺服阀开口量也会变化，以至使被调对象改变原来的位置而产生常数位置误差。据统计资料，由于机构热变形引起被调对象常数位置误差，严重者可达0.2mm～0.3mm。这个数值是很大的，会超过其他各项误差的总和。增强机构抵御热变形的能力可以改善系统的工作性能，减小误差，提高工作精度。

8 结束语

影响系统工作精度的因素很多，这些因素中有些参数既能提高工作精度又能改善稳定性，如提高系统的结构刚度、反馈刚度和运动部件的质量、液压缸的长度，以及减少间隙、减少机构的热变形等。有的提高了工作精度会降低稳定性，如活塞有效面积、阀的面积梯度、反馈系数和供油压力等，这些参数对工作精度和稳定性具有相反的作用，因而在确定时，应先老虑稳定性要求，同时兼顾工作精度的要求。