穆格D662-4009A伺服比例阀是如何控制压力的？

Question

如题所述

Answer 1

　　穆格D662-4009A伺服比例阀是如何控制压力的？

　　伺服比例阀工作原理：比例控制阀是一种按输入的电信号连 续、按比例地控制液压系统的流量、压力和 方向的控制阀，其输出的流量和压力可以不受负载变化的影响。

穆格伺服比例阀图例：

　　比例阀与普通液压元件相比，有如下特点：

　　（1）电信号便于传递，能简单地实现远 距离控制。

　　（2）能连续、按比例地控制液压系统的 压力和流量，实现对执行机构的位置、速 度、力量的控制，并能减少压力变换时的冲 击。

　　（3）减少了元件数量，简化了油路。

　　同时电液比例阀的使用条件和保养与一般液压元件相同，比伺服阀的抗污染性能强，工作可靠按比例阀控制方式分类是指按照比例阀的先导控制阀中的电气一机械转换方式来分类，其电控制部分有比例电磁铁、力矩马达、直流伺服电动机等多种形式。

　　（1）电磁式 电磁式是指采用比例电磁铁作为电气一机械转换元件的比例阀，比例电磁铁将输入的电流信号转换成力、位移机械信号输出．进而控制压力、流量及方向等参数。

　　（2）电动式 电动式是指采用直流伺服电动机作为电气一机械转换元件的比例阀，直流伺服电动机将输入的电信号．转换成旋转运动转速，再经丝杆螺母、齿轮齿条或齿轮凸轮等减速装置和变换机构，输出力与位移，进一步控制液压参数。

　　（3）电液式 电液式是指采用力矩马达和喷嘴挡板的结构为先导控制级的比例阀。对力矩马达输入不同的电信号，并通过同它连接在一起的挡板（有时力矩马达的衔铁就是挡板）输出位移或角位移，改变挡板和喷嘴之间的距离，使喷嘴喷出的油液流阻产生变化，进而控制输小参数随着液压传动和液压伺服系统的发展， 生产实践中出现一些即要求能够连续的控制 压力、流量和方向，又不需要其控制精度很 高的液压系统。由于普通的液压元件不能满 足具有一定的伺服性要求，而使用电液伺服 阀又由于控制精度要求不高而过于浪费，因 此近几年产生了介于普通液压元件 （开关控制） 和伺服阀 （连续控制） 之间的比例控制阀。

　　电液比例控制阀（简称比例阀）实质上是一种廉价的、抗污染性能较好的电液控制阀。比例阀的发展经历两条途径，一是用比例电磁铁取代传统液压阀的手动调节输入机构，在传统液压阀的基础下：发展起来的各种比例方向、压力和流量阀；二是一些原电液伺服阀生产厂家在电液伺服阀的基础上，降低设计制造精度后发展起来的。

　　伺服运动控制时油缸中的压力是如何变化的？

　　研究油缸两腔的瞬时压力非常有趣，因为它揭示了液压伺服系统某些固有特性或者叫奇怪现象。为了验证运动控制系统的特性，我们研究了一个带位置闭环控制的阀控缸的测试结果，见图1。

　　该机构被设计用于一个特殊的电液运动培训项目，油缸缸径为2英寸，杆径为1 3/8英寸，行程为6英寸，另外配置一个磁致伸缩线性位移传感器用于位置反馈。负载为一个厚4英寸，直径16英寸，重达250lb的飞轮。当3.5英寸的扭力杆垂直于活塞杆时，飞轮在油缸活塞杆端产生将近1500lb的等效质量。油缸与飞轮通过曲柄连接，如图1右下所示。这样的机械结构产生大约20Hz的自然频率。曲柄机构的约束限定了油缸的最大动作行程在6英寸以下。

　　PC带模拟量输入和输出的数据接口，利用其控制油缸运动。加速度，速度和位移曲线见图1所示。利用PC程序的VCCM（Valve Control Cylinder Motion）指令中的曲线合成模块（Profile Synthesizer module）对运动控制过程进行合成处理。采用比例控制，无积分或者微分控制环节。

　　图1 位移，速度和加速度曲线

　　图示左边，用于示意在整个周期中如何控制伺服机构。右上图，液压原理示意解释，而右下图是一个简化了的机械结构。控制初始阶段，存在一个0.6s的初始驻留区（速度为零）。在接下来的0.28s，以18in./sec.2的加速度平稳加速。接着，有0.5s的匀速区，速度5.1in./sec（覆盖大约2.5英寸的油缸行程）。接近油缸活塞杆伸出的终点，是0.28s的减速。终点位置保持0.5s。油缸活塞杆缩回的过程周期是对称的，然而，其在停止运动后持续约0.5s。

　　尽管图1示出了三条曲线，但是只有位置曲线是作为指令信号用的。计算机就是一个通用函数发生器。其保留的数据描述了位置控制过程中各个参数点对点的数值，并且提供一个不断变化的目标值，使得曲线数据符合位置反馈闭环。指令信号只是一个期望，告诉伺服系统如何跟随。然而，实际的油缸运动只是在接近的状态下进行。

　　电脑记录和跟踪不只是油缸在每个时刻应该所处的位置，而且也包括每时每刻的实际速度，油缸两腔的压力。油缸的实际运动与运动指令之间能达到多少的匹配度，是我们这次研究的主题。指令和反馈之间的差值简称误差信号，其及时反映了各个时刻误差信号的数值大小是多少。

　　图2叠加了油缸循环动作过程中无杆腔和有杆腔的压力变化，同时包含了测量的速度值，以便于计时。我们试图使压力变化与各种条件比如加速，匀速，减速，缸伸出，缸缩回等等互相建立关联。当然，指令曲线还是如图1所示。

　　引起兴趣最重要的一点在于：当油缸不运动时，油缸压力并不为零。图中，曲线变化开始于大约0.6s。在这区间，油缸杆腔和无杆腔的压力大约各自为790和395psi。其比值与油缸的面积比非常接近，都是约1.9。

　　图2. 油缸运动周期中，有杆腔和无杆腔的压力变化值

　　压力控制特性

　　传统观念认为，为了使油缸加速伸出，无杆腔压力上升而杆腔压力下降。然而，事实并非如此。在整个周期中，在大约0.7s处油缸加速伸出，无杆腔压力上升只持续了非常短的时间，但在整个加速伸出的第一个阶段，杆腔压力一直在下降。这就是液压伺服系统的事实。由于控制阀的压力控制特性，油缸两腔的压力并不为零。

　　油缸停止，并不是因为流量被切断，也不是因为阀回了中位。根据牛顿定律，其停止是因为力被带回了平衡状态，而平衡条件只有通过阀的压力控制特性才能实现。而且，阀的压力控制特性的存在是因为此阀-以及所有滑阀，均存在内泄露。在零位区域-在该区域阀芯基本上对中了，对于油缸的停止条件来说，压力控制特性比流量控制特性更为重要。

　　在阀打开，油缸获得一定速度之后，油缸腔中的压力将变成供油压力，油缸负载，油缸面积以及阀比率的函数。有趣的是，他们即不取决于前进的速度，也不取决于阀系数。

　　在0.9s和1.5s的区间，其与时间紧密相关，此处，速度基本是恒定的。杆腔和无杆腔压力各自为250和160psi。

　　当反向匀速运动的时候，其发生在2.5s和3s之间，两个压力各自为800和400psi。因此，现在很清楚了，在保持和推进之间，压力是大不同的，这是因为他们由阀的不同控制特征决定的。

　　这种现象在一些精密运动控制中就会导致一些问题，比如打磨镜头。当油缸从伸出转向缩回的时候，这种工况产生一个极大的，剧变的两个压力。大的压力变化可能产生很微小的反向拉动，从而造成镜片的瑕疵。压力的不同也可能导致在极低速工况时的一些问题，特别是当存在较大的摩擦力（breakaway friction）时。具有大的压力变化可能导致急速的启启停停的运动。