基于PXI的電液伺服作動(dòng)器控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對某工程機(jī)械中的作動(dòng)器裝置，利用其液壓系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計(jì)了一種基于PXI的電液伺服作動(dòng)器控制系統(tǒng)。在介紹作動(dòng)器液壓回路工作原理的基礎(chǔ)上，簡述了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及其組成。該設(shè)計(jì)解決了該作動(dòng)器開環(huán)控制誤差大的問題，具有控制精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)緊湊，可復(fù)用性高等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：電液伺服閥；伺服系統(tǒng)；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(jī)構(gòu)，在飛行器的升降翼、方向舵、水平襟翼以及坦克、船舶、火車等多種需要擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的場合得到了廣泛的應(yīng)用。本文的電液伺服作動(dòng)器是某工程項(xiàng)目中驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置動(dòng)作的傳動(dòng)設(shè)備，該作動(dòng)器的主要作用是利用作動(dòng)簡的動(dòng)作驅(qū)動(dòng)相應(yīng)裝置產(chǎn)生動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)對該機(jī)械裝置運(yùn)動(dòng)軌跡的控制。因此作動(dòng)器的動(dòng)作性能指標(biāo)直接影響到該工程機(jī)械裝置的工作安全。
然而，目前大多文獻(xiàn)及研究是以單片機(jī)或DSP為控制單元實(shí)現(xiàn)對電液伺服作動(dòng)器的閉環(huán)控制，其控制策略復(fù)雜，復(fù)用性差等缺點(diǎn)使其在工程應(yīng)用中越來越不能適應(yīng)實(shí)際工況的要求。近幾年，隨著虛擬儀器測試平臺(tái)的快速發(fā)展，越來越多的工業(yè)控制開始利用該平臺(tái)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)。虛擬儀器測試平臺(tái)強(qiáng)大的控制、處理能力及標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等優(yōu)點(diǎn)使其成為當(dāng)今控制領(lǐng)域的主流控制工具。
本文根據(jù)電液伺服作動(dòng)器的工作原理，結(jié)合作動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)開環(huán)的工作特性，提出一種基于虛擬儀器測試平臺(tái)PXI架構(gòu)的電液伺服作動(dòng)器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于完成對該類作動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)作動(dòng)筒及主控閥上位移傳感器所測量的參數(shù)可調(diào)可顯示，并且為作動(dòng)器提供二次電源，達(dá)到高安全性的控制要求。系統(tǒng)通過作動(dòng)筒上位移傳感器反饋的參數(shù)與操作界面上輸入?yún)?shù)進(jìn)行比較，產(chǎn)生誤差信號(hào)控制伺服閥的開度，使作動(dòng)筒達(dá)到?jīng)]定位置，實(shí)現(xiàn)機(jī)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(tǒng)的組成及工作原理
控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由人機(jī)交互界面、控制級和伺服放大級組成，如圖1所示。人機(jī)交互界面主要是對作動(dòng)器工作參數(shù)進(jìn)行設(shè)置與顯示；控制級為控制系統(tǒng)的核心部分，主要完成對作動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)的閉環(huán)控制；伺服放大級包括傳感器激勵(lì)、信號(hào)解調(diào)、電源輸入及電磁閥驅(qū)動(dòng)等部分。

為了更好地說明控制系統(tǒng)的工作機(jī)理，下面對作動(dòng)器伺服機(jī)構(gòu)的工作原理給予簡單介紹。如圖2所示，在正常工作情況下，伺服機(jī)構(gòu)的液壓源正常，電磁閥SOV有電，電液伺服閥EHSV得電，它是通過電流信號(hào)控制主控閥的閥芯滑動(dòng)，進(jìn)而控制進(jìn)入作動(dòng)筒內(nèi)的油量，使作動(dòng)簡的活塞桿產(chǎn)生相對位移，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械裝置的動(dòng)作。當(dāng)SOV失電或液壓源出現(xiàn)故障時(shí)，相應(yīng)旁通閥動(dòng)作，將此油路對應(yīng)的作動(dòng)筒兩腔溝通處于旁通狀態(tài)。功能轉(zhuǎn)換閥的閥芯由于SOV失電而產(chǎn)生動(dòng)作，觸碰微動(dòng)開關(guān)，使其產(chǎn)生動(dòng)作，該動(dòng)作經(jīng)由相關(guān)電路調(diào)整為電信號(hào)，在操作界面上顯示。

由此可見，機(jī)械裝置動(dòng)作是由作動(dòng)筒的動(dòng)作驅(qū)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(xiàn)。若要控制作動(dòng)筒的活塞運(yùn)動(dòng)就必須控制液壓油。在伺服機(jī)構(gòu)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控制。
電液伺服閥是用于連接系統(tǒng)的電氣與液壓部分，將輸入的小功率電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殚y的運(yùn)動(dòng)，而閥的運(yùn)動(dòng)又可以控制液壓油流向液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量與壓力，實(shí)現(xiàn)電液信號(hào)的轉(zhuǎn)換和放大，以及對液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。電液伺服閥的工作機(jī)理為輸入量是電流，輸出量則是和輸入量成正比的負(fù)載壓力或負(fù)載流量。