彭清輝

【摘 要】本文主要描述了電液伺服機(jī)構(gòu)位置精度超差問題，分析了位置精度超差問題產(chǎn)生的機(jī)理，通過摸索和控制伺服閥參數(shù)，摸索位置精度篩選等方法，提高了產(chǎn)品生產(chǎn)合格率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】電液伺服機(jī)構(gòu);位置精度;超差

1 概述

電液伺服機(jī)構(gòu)（以下簡稱伺服機(jī)構(gòu)）主要應(yīng)用于大型閉環(huán)控制系統(tǒng)，是大功率閉環(huán)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它通過放大輸入的控制信號驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)系統(tǒng)閉環(huán)控制。伺服機(jī)構(gòu)在工作過程中對傳遞精度存在較高要求，伺服機(jī)構(gòu)位置精度超差主要表現(xiàn)現(xiàn)象為在階躍響應(yīng)狀態(tài)下，定位位置精度超出要求的范圍。

2 位置精度現(xiàn)象分析

2.1 伺服機(jī)構(gòu)工作原理

舵系統(tǒng)伺服回路由伺服放大器、電液伺服閥、反饋電位計和作動筒組成，反饋電位計將作動筒活塞桿位移轉(zhuǎn)換成極性與控制指令反相的電壓，伺服放大器將控制指令與反饋電壓進(jìn)行綜合放大，控制電液伺服閥的開口，控制作動筒活塞桿位移，推動舵面偏轉(zhuǎn)。

2.2 位置精度超差原因分析

根據(jù)產(chǎn)品規(guī)范要求，伺服機(jī)構(gòu)在小角度范圍內(nèi)定位精度要求高，隨著角度的增加定位精度要求逐漸降低，所以在小角度范圍內(nèi)容易導(dǎo)致定位精度超差現(xiàn)象。伺服機(jī)構(gòu)在無位置校正前提下，位置精度問題最直接的原因是伺服機(jī)構(gòu)死區(qū)變大，伺服機(jī)構(gòu)閉環(huán)控制回路中主要存在以下環(huán)節(jié)：功放、電液伺服閥、作動筒和反饋電位器，其中功放集成在測試臺內(nèi)，伺服機(jī)構(gòu)無單獨功放環(huán)節(jié)，反饋電位器主要功能為位置反饋，影響伺服機(jī)構(gòu)死區(qū)的主要環(huán)節(jié)為電液伺服閥。

3 位置精度問題影響因素分析

電液伺服閥是實現(xiàn)伺服機(jī)構(gòu)閉環(huán)控制的關(guān)鍵部件，是位置精度問題的關(guān)鍵。針對位置精度超差問題對伺服閥相關(guān)尺寸參數(shù)進(jìn)行控制和加嚴(yán)，提高電液伺服閥對工作環(huán)境的適應(yīng)性，以滿足伺服機(jī)構(gòu)工作要求。

3.1伺服閥閥芯閥套配合間隙控制

位置精度問題的主要原因在于電液伺服閥在伺服機(jī)構(gòu)環(huán)境下工作一段時間后，閥芯閥套的運(yùn)動靈活性產(chǎn)生變化，為增加閥芯閥套靈活性，挑選正重疊量相對較大的閥，加大閥芯閥套間隙，降低閥芯閥套間相對運(yùn)動的阻力，提高閥芯閥套運(yùn)動的靈活性，閥芯閥套間隙加大后相關(guān)參數(shù)在原有基礎(chǔ)上有一定改善，但由于閥芯閥套配合間隙要求極高，裝配過程中間隙的選配主要依靠人工經(jīng)驗，間隙的調(diào)整和檢測難以作出明確的量化，只能定性判斷閥芯閥套間隙對位置精度問題的影響。

3.2 伺服閥噴嘴擋板間隙控制

電液伺服閥經(jīng)伺服機(jī)構(gòu)信號的轉(zhuǎn)換和放大，將伺服機(jī)構(gòu)信號和反饋的偏差信號轉(zhuǎn)換成流量的輸出。伺服機(jī)構(gòu)信號和反饋偏差形成的電流通過電磁馬達(dá)轉(zhuǎn)換成擋板的偏角，擋板的偏角經(jīng)液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)換成對閥芯兩端的液壓壓差，液壓壓差經(jīng)閥芯的運(yùn)動轉(zhuǎn)換成油液窗口大小，因而控制油液流向，從而控制伺服機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。

增大閥芯閥套間隙是針對位置精度問題故障位置，直接調(diào)整故障位置參數(shù)使伺服閥滿足伺服機(jī)構(gòu)工作環(huán)境，解決位置精度問題還可以從提升系統(tǒng)對閥芯閥套摩擦力的適應(yīng)范圍著手，在相同偏差信號狀態(tài)下加大閥芯兩端液壓壓差，彌補(bǔ)閥芯閥套間阻尼增加造成的分辨率下降問題。在其他狀態(tài)不變的情況下，減小噴嘴擋板間間隙，當(dāng)噴嘴擋板間間隙減少，擋板發(fā)生偏轉(zhuǎn)時，閥芯兩端快速形成足以使閥芯發(fā)生移動的壓差，減小因閥芯閥套間阻尼增加而造成的分辨率變化。

3.3 伺服閥充磁量控制

提高電液伺服閥分辨率還可以從電磁馬達(dá)級入手，即加大電液伺服閥磁鋼充磁量，在輸入相同的偏差信號情況下，增加擋板偏轉(zhuǎn)角度大小，增大閥芯兩端壓差，彌補(bǔ)因閥芯閥套間阻尼增加而造成的分辨率變化。統(tǒng)計和對比電液伺服閥優(yōu)化相關(guān)參數(shù)前后動態(tài)數(shù)據(jù)，優(yōu)化電液伺服閥相關(guān)參數(shù)后伺服機(jī)構(gòu)位置精度問題明顯減少。

4 位置精度超差問題的篩選

經(jīng)過對生產(chǎn)過程中位置精度問題測試波形及數(shù)據(jù)分析，位置精度問題的出現(xiàn)，伴隨著部分相關(guān)參數(shù)在原有基礎(chǔ)上出現(xiàn)較大的改變或偏離，位置精度超差問題產(chǎn)品可以通過篩選參數(shù)進(jìn)行控制。

4.1 階躍響應(yīng)時間篩選

正常情況下伺服機(jī)構(gòu)接受位置精度階躍指令時閥口因瞬時接受指令快速開啟，液壓油快速形成壓差，推動連桿運(yùn)動，上升時間較短。位置精度存在異常的伺服機(jī)構(gòu)在接受位置精度階躍指令時閥芯因阻尼較大，閥口開啟較小或無法開啟，由于伺服機(jī)構(gòu)功放存在未知滯后校正，位置偏差逐漸積累控制閥芯開口，閥口開啟調(diào)整速度慢，油液流動速度慢，連桿運(yùn)動速度慢，伺服機(jī)構(gòu)上升時間較長。

4.3.2 靜態(tài)階躍電流脈沖篩選

正常情況下伺服機(jī)構(gòu)接受位置精度階躍指令時閥口因瞬時接受指令快速開啟，伺服機(jī)構(gòu)快速響應(yīng)后閥口迅速調(diào)整并關(guān)閉，伺服機(jī)構(gòu)響應(yīng)過程中，流量的輸出因為快速短暫的過程，伺服機(jī)構(gòu)流量的輸出對應(yīng)能量的消耗，即工作電流的大小，由于流量的輸出為快速短暫過程，所以電流的消耗應(yīng)為短時脈沖過程，測試過程中伺服機(jī)構(gòu)聲音存在明顯的沖擊變化。

位置精度存在異常的伺服機(jī)構(gòu)在接受位置精度階躍指令時閥芯因阻尼較大，閥口開啟較小或無法快速開啟，流量無法快速輸出控制伺服機(jī)構(gòu)運(yùn)動，導(dǎo)致伺服機(jī)構(gòu)動作緩慢，由于流量輸出是漸變的過程，能量的消耗較為平緩，通過測試曲線觀察，電流曲線無明顯尖峰，變化較為平緩，由于連桿動作完成后閥口不能迅速關(guān)閉，電流呈緩慢下降趨勢。

4.3.3 動態(tài)特性篩選

監(jiān)測頻域動態(tài)測試過程中的時域響應(yīng)，正常伺服機(jī)構(gòu)頻率測試時域響應(yīng)曲線在低頻正弦信號好下的反饋曲線存在不斷調(diào)整，即伺服機(jī)構(gòu)速度在不斷變化，代表著閥的開口在不斷調(diào)，閥芯在不斷運(yùn)動;位置精度異常伺服機(jī)構(gòu)由于響應(yīng)速度較慢，伺服機(jī)構(gòu)在低頻正弦信號好下的反饋曲線基本成直線，即伺服機(jī)構(gòu)速度基本保持不變，閥的開口基本不變，閥芯基本保持靜止;

5 總結(jié)

本文主要描述了某型號伺服機(jī)構(gòu)位置精度超差問題，分析和摸索了位置精度超差問題產(chǎn)生的原因，通過調(diào)整控制電液伺服閥參數(shù)、根據(jù)位置精度超差伺服機(jī)構(gòu)表現(xiàn)現(xiàn)象加嚴(yán)篩選等方法有效控制伺服機(jī)構(gòu)位置精度超差問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡敏良、吳雪茹主編.流體力學(xué).武漢理工大學(xué)出版社.2008.06;

（作者單位：貴州航天控制技術(shù)有限公司）