在介紹直動(dòng)式電液伺服閥的基礎(chǔ)上，建立了直動(dòng)式電液伺服閥伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以及Simulink仿真框圖，對(duì)其進(jìn)行仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。 1 引言 近年來，工程機(jī)械的快速發(fā)展以及電液伺服系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，對(duì)電液伺服閥提出了更高的技術(shù)要求，而傳統(tǒng)的噴嘴擋板式電液伺服閥已經(jīng)難以達(dá)到這些要求，因此需要一種新型的電液伺服閥。直動(dòng)式伺服閥是一種新型的電液伺服閥。它取消了噴嘴擋板組，提高了閥的抗污染力，而且用直線力馬達(dá)替代了力矩馬達(dá)，這些優(yōu)點(diǎn)使得它從上個(gè)世紀(jì)90年代后期面世以來，就受到了廣泛的關(guān)注。電液伺服控制系統(tǒng)的研究直接關(guān)系到伺服閥性能的提高，但直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的研究目前還比較少，因此，本文建立了直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并以Moog系列直動(dòng)閥為實(shí)例進(jìn)行了仿真分析。 2 直動(dòng)式電液伺服閥的結(jié)構(gòu) Moog系列直動(dòng)式電液伺服閥，主要由直線力馬達(dá)、液壓閥及放大器組件三部分組成，如圖1所示。直線力馬達(dá)，采用永磁混合式差動(dòng)力電機(jī)，使得閥的性能提高，是近年來電液伺服閥技術(shù)的一項(xiàng)突出進(jìn)展。放大器組件實(shí)現(xiàn)閥芯位置的閉環(huán)實(shí)時(shí)控制，并且用特殊的連接技術(shù)固定在伺服閥內(nèi)。 3 直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的組成 電液伺服控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，根據(jù)被控物理量不同，可以分為：位置、速度和力三類伺服系統(tǒng)。在這三類伺服控制中，應(yīng)用最為廣泛的是電液位置伺服控制系統(tǒng)，直動(dòng)式電液伺服閥的位置控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 4 直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 （1）將直動(dòng)式電液伺服閥的控制線圈電流作為輸入信號(hào)，將閥芯位移作為輸出信號(hào)，由伺服閥的設(shè)計(jì)理論，可得電液伺服閥的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]v[/sub]為直動(dòng)式電液伺服閥的流量增益； ω[sub]v[/sub]為直動(dòng)式電液伺服閥的轉(zhuǎn)折頻率； ε[sub]v[/sub]為直動(dòng)式電液伺服閥的阻尼系數(shù)。 （2）考慮到直動(dòng)式電液伺服閥的位移方程，可得液壓缸的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]h[/sub]為液壓缸的速度剛度； ω[sub]h[/sub]為液壓缸的無阻尼固有振蕩頻率； ε[sub]h[/sub]亂為液壓缸的阻尼系數(shù)。 （3）位移傳感器的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]f[/sub]為位移傳感器的增益；ω[sub]f[/sub]為位移傳感器的轉(zhuǎn)折頻率。 （4）在電液伺服閥中，伺服放大器一般采用深度電流負(fù)反饋，其傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]o[/sub]為放大器的增益；ω[sub]o[/sub]為放大器的轉(zhuǎn)折頻率。 由式（1）～（4）和圖2可得到直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 5 直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的仿真模型 利用Matlab/Simulink仿真工具，由式（5）和圖2可以建立直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的仿真框圖，如圖3所示。 圖3和式（5）中的字母對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：k[sub]1[/sub]=K[sub]o[/sub]ω[sub]o[/sub]，k[sub]2[/sub]=K[sub]v[/sub]ω[sub]v[/sub][sup]2[/sup]，k[sub]3[/sub]=K[sub]h[/sub]ω[sub]h[/sub][sup]2[/sup]，k[sub]4[/sub]=K[sub]f[/sub]ω[sub]f[/sub]，c[sub]1[/sub]=ω[sub]o[/sub]，c[sub]2[/sub]=ωv[sub][/sub][sup]2[/sup]，c[sub]3[/sub]=ω[sub]f[/sub]，m[sub]1[/sub]=2ξ[sub]v[/sub]ω[sub]v[/sub]，m[sub]2[/sub]=2ξ[sub]h[/sub]ω[sub]h[/sub]，m[sub]3[/sub]=ω[sub]h[/sub][sup]2[/sup]。 6 仿真結(jié)果 以Moog系列直動(dòng)式電液伺服閥D633的參數(shù)為實(shí)例，對(duì)圖3進(jìn)行仿真。當(dāng)給系統(tǒng)施加一個(gè)階躍信號(hào)時(shí)，其輸出端的響應(yīng)如圖4所示。從圖4中可以看出，該曲線是典型的三階系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線，所以說，直動(dòng)式電液伺服閥的控制系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)三階系統(tǒng)。另外，也可以看出，在階躍信號(hào)激勵(lì)下，系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間、最大超調(diào)量、上升時(shí)間等描述系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的參數(shù)。 7 結(jié)論 （1）推導(dǎo)出直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，這對(duì)直動(dòng)式電液伺服閥的工程應(yīng)用和進(jìn)一步研究具有重要的參考價(jià)值。 （2）建立了直動(dòng)式電液伺服閥控制系統(tǒng)的通用仿真框圖，利用框圖，變換參數(shù)，就可以直接得到仿真結(jié)果，該方法方便、實(shí)用。 第二屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集 第三屆伺服與運(yùn)動(dòng)控制論壇論文集