基于PXI的電液伺服作動(dòng)器控制系統的設計與實(shí)現

摘要：針對某工程機械中的作動(dòng)器裝置，利用其液壓系統的工作原理，設計了一種基于PXI的電液伺服作動(dòng)器控制系統。在介紹作動(dòng)器液壓回路工作原理的基礎上，簡(jiǎn)述了控制系統的設計方案及其組成。該設計解決了該作動(dòng)器開(kāi)環(huán)控制誤差大的問(wèn)題，具有控制精度高，靈敏度高，結構緊湊，可復用性高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電液伺服閥；伺服系統；作動(dòng)器；PXI；LabVIEW

0 引言
作動(dòng)器是一種以液壓油為動(dòng)力源的擺動(dòng)機構，在飛行器的升降翼、方向舵、水平襟翼以及坦克、船舶、火車(chē)等多種需要擺動(dòng)機構的場(chǎng)合得到了廣泛的應用。本文的電液伺服作動(dòng)器是某工程項目中驅動(dòng)機械裝置動(dòng)作的傳動(dòng)設備，該作動(dòng)器的主要作用是利用作動(dòng)簡(jiǎn)的動(dòng)作驅動(dòng)相應裝置產(chǎn)生動(dòng)作，從而實(shí)現對該機械裝置運動(dòng)軌跡的控制。因此作動(dòng)器的動(dòng)作性能指標直接影響到該工程機械裝置的工作安全。
然而，目前大多文獻及研究是以單片機或DSP為控制單元實(shí)現對電液伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制，其控制策略復雜，復用性差等缺點(diǎn)使其在工程應用中越來(lái)越不能適應實(shí)際工況的要求。近幾年，隨著(zhù)虛擬儀器測試平臺的快速發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)控制開(kāi)始利用該平臺進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。虛擬儀器測試平臺強大的控制、處理能力及標準化、模塊化等優(yōu)點(diǎn)使其成為當今控制領(lǐng)域的主流控制工具。
本文根據電液伺服作動(dòng)器的工作原理，結合作動(dòng)器伺服機構開(kāi)環(huán)的工作特性，提出一種基于虛擬儀器測試平臺PXI架構的電液伺服作動(dòng)器的控制系統，該系統用于完成對該類(lèi)作動(dòng)器伺服機構的閉環(huán)控制，實(shí)現作動(dòng)筒及主控閥上位移傳感器所測量的參數可調可顯示，并且為作動(dòng)器提供二次電源，達到高安全性的控制要求。系統通過(guò)作動(dòng)筒上位移傳感器反饋的參數與操作界面上輸入參數進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號控制伺服閥的開(kāi)度，使作動(dòng)筒達到?jīng)]定位置，實(shí)現機械裝置特定位置的動(dòng)作，完成控制要求。

1 電液伺服作動(dòng)器控制系統的組成及工作原理
控制系統基本結構由人機交互界面、控制級和伺服放大級組成，如圖1所示。人機交互界面主要是對作動(dòng)器工作參數進(jìn)行設置與顯示；控制級為控制系統的核心部分，主要完成對作動(dòng)器伺服機構的閉環(huán)控制；伺服放大級包括傳感器激勵、信號解調、電源輸入及電磁閥驅動(dòng)等部分。

為了更好地說(shuō)明控制系統的工作機理，下面對作動(dòng)器伺服機構的工作原理給予簡(jiǎn)單介紹。如圖2所示，在正常工作情況下，伺服機構的液壓源正常，電磁閥SOV有電，電液伺服閥EHSV得電，它是通過(guò)電流信號控制主控閥的閥芯滑動(dòng)，進(jìn)而控制進(jìn)入作動(dòng)筒內的油量，使作動(dòng)簡(jiǎn)的活塞桿產(chǎn)生相對位移，從而實(shí)現機械裝置的動(dòng)作。當SOV失電或液壓源出現故障時(shí)，相應旁通閥動(dòng)作，將此油路對應的作動(dòng)筒兩腔溝通處于旁通狀態(tài)。功能轉換閥的閥芯由于SOV失電而產(chǎn)生動(dòng)作，觸碰微動(dòng)開(kāi)關(guān)，使其產(chǎn)生動(dòng)作，該動(dòng)作經(jīng)由相關(guān)電路調整為電信號，在操作界面上顯示。

由此可見(jiàn)，機械裝置動(dòng)作是由作動(dòng)筒的動(dòng)作驅動(dòng)，而作動(dòng)筒的動(dòng)作是靠液壓油所產(chǎn)生的壓力推動(dòng)作動(dòng)筒的活塞實(shí)現。若要控制作動(dòng)筒的活塞運動(dòng)就必須控制液壓油。在伺服機構工作原理敘述中可以看到，整個(gè)作動(dòng)器的液壓油主要靠電液伺服閥來(lái)控制。
電液伺服閥是用于連接系統的電氣與液壓部分，將輸入的小功率電信號轉變?yōu)殚y的運動(dòng)，而閥的運動(dòng)又可以控制液壓油流向液壓執行機構的流量與壓力，實(shí)現電液信號的轉換和放大，以及對液壓執行機構的控制。電液伺服閥的工作機理為輸入量是電流，輸出量則是和輸入量成正比的負載壓力或負載流量。