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电液伺服机构位置精度超差问题探讨

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  【摘 要】本文主要描述了电液伺服机构位置精度超差问题,分析了位置精度超差问题产生的机理,通过摸索和控制伺服阀参数,摸索位置精度筛选等方法,提高了产品生产合格率,保证了产品质量。
  【关键词】电液伺服机构;位置精度;超差
  1 概述
  电液伺服机构(以下简称伺服机构)主要应用于大型闭环控制系统,是大功率闭环控制系统中的执行机构,它通过放大输入的控制信号驱动执行机构,实现系统闭环控制。伺服机构在工作过程中对传递精度存在较高要求,伺服机构位置精度超差主要表现现象为在阶跃响应状态下,定位位置精度超出要求的范围。
  2 位置精度现象分析
  2.1 伺服机构工作原理
  舵系统伺服回路由伺服放大器、电液伺服阀、反馈电位计和作动筒组成,反馈电位计将作动筒活塞杆位移转换成极性与控制指令反相的电压,伺服放大器将控制指令与反馈电压进行综合放大,控制电液伺服阀的开口,控制作动筒活塞杆位移,推动舵面偏转。
  2.2 位置精度超差原因分析
  根据产品规范要求,伺服机构在小角度范围内定位精度要求高,随着角度的增加定位精度要求逐渐降低,所以在小角度范围内容易导致定位精度超差现象。伺服机构在无位置校正前提下,位置精度问题最直接的原因是伺服机构死区变大,伺服机构闭环控制回路中主要存在以下环节:功放、电液伺服阀、作动筒和反馈电位器,其中功放集成在测试台内,伺服机构无单独功放环节,反馈电位器主要功能为位置反馈,影响伺服机构死区的主要环节为电液伺服阀。
  3 位置精度问题影响因素分析
  电液伺服阀是实现伺服机构闭环控制的关键部件,是位置精度问题的关键。针对位置精度超差问题对伺服阀相关尺寸参数进行控制和加严,提高电液伺服阀对工作环境的适应性,以满足伺服机构工作要求。
  3.1伺服阀阀芯阀套配合间隙控制
  位置精度问题的主要原因在于电液伺服阀在伺服机构环境下工作一段时间后,阀芯阀套的运动灵活性产生变化,为增加阀芯阀套灵活性,挑选正重叠量相对较大的阀,加大阀芯阀套间隙,降低阀芯阀套间相对运动的阻力,提高阀芯阀套运动的灵活性,阀芯阀套间隙加大后相关参数在原有基础上有一定改善,但由于阀芯阀套配合间隙要求极高,装配过程中间隙的选配主要依靠人工经验,间隙的调整和检测难以作出明确的量化,只能定性判断阀芯阀套间隙对位置精度问题的影响。
  3.2 伺服阀喷嘴挡板间隙控制
  电液伺服阀经伺服机构信号的转换和放大,将伺服机构信号和反馈的偏差信号转换成流量的输出。伺服机构信号和反馈偏差形成的电流通过电磁马达转换成挡板的偏角,挡板的偏角经液压马达转换成对阀芯两端的液压压差,液压压差经阀芯的运动转换成油液窗口大小,因而控制油液流向,从而控制伺服机构的运动。
  增大阀芯阀套间隙是针对位置精度问题故障位置,直接调整故障位置参数使伺服阀满足伺服机构工作环境,解决位置精度问题还可以从提升系统对阀芯阀套摩擦力的适应范围着手,在相同偏差信号状态下加大阀芯两端液压压差,弥补阀芯阀套间阻尼增加造成的分辨率下降问题。在其他状态不变的情况下,减小喷嘴挡板间间隙,当喷嘴挡板间间隙减少,挡板发生偏转时,阀芯两端快速形成足以使阀芯发生移动的压差,减小因阀芯阀套间阻尼增加而造成的分辨率变化。
  3.3 伺服阀充磁量控制
  提高电液伺服阀分辨率还可以从电磁马达级入手,即加大电液伺服阀磁钢充磁量,在输入相同的偏差信号情况下,增加挡板偏转角度大小,增大阀芯两端压差,弥补因阀芯阀套间阻尼增加而造成的分辨率变化。统计和对比电液伺服阀优化相关参数前后动态数据,优化电液伺服阀相关参数后伺服机构位置精度问题明显减少。
  4 位置精度超差问题的筛选
  经过对生产过程中位置精度问题测试波形及數据分析,位置精度问题的出现,伴随着部分相关参数在原有基础上出现较大的改变或偏离,位置精度超差问题产品可以通过筛选参数进行控制。
  4.1 阶跃响应时间筛选
  正常情况下伺服机构接受位置精度阶跃指令时阀口因瞬时接受指令快速开启,液压油快速形成压差,推动连杆运动,上升时间较短。位置精度存在异常的伺服机构在接受位置精度阶跃指令时阀芯因阻尼较大,阀口开启较小或无法开启,由于伺服机构功放存在未知滞后校正,位置偏差逐渐积累控制阀芯开口,阀口开启调整速度慢,油液流动速度慢,连杆运动速度慢,伺服机构上升时间较长。
  4.3.2 静态阶跃电流脉冲筛选
  正常情况下伺服机构接受位置精度阶跃指令时阀口因瞬时接受指令快速开启,伺服机构快速响应后阀口迅速调整并关闭,伺服机构响应过程中,流量的输出因为快速短暂的过程,伺服机构流量的输出对应能量的消耗,即工作电流的大小,由于流量的输出为快速短暂过程,所以电流的消耗应为短时脉冲过程,测试过程中伺服机构声音存在明显的冲击变化。
  位置精度存在异常的伺服机构在接受位置精度阶跃指令时阀芯因阻尼较大,阀口开启较小或无法快速开启,流量无法快速输出控制伺服机构运动,导致伺服机构动作缓慢,由于流量输出是渐变的过程,能量的消耗较为平缓,通过测试曲线观察,电流曲线无明显尖峰,变化较为平缓,由于连杆动作完成后阀口不能迅速关闭,电流呈缓慢下降趋势。
  4.3.3 动态特性筛选
  监测频域动态测试过程中的时域响应,正常伺服机构频率测试时域响应曲线在低频正弦信号好下的反馈曲线存在不断调整,即伺服机构速度在不断变化,代表着阀的开口在不断调,阀芯在不断运动;位置精度异常伺服机构由于响应速度较慢,伺服机构在低频正弦信号好下的反馈曲线基本成直线,即伺服机构速度基本保持不变,阀的开口基本不变,,阀芯基本保持静止;
  5 总结
  本文主要描述了某型号伺服机构位置精度超差问题,分析和摸索了位置精度超差问题产生的原因,通过调整控制电液伺服阀参数、根据位置精度超差伺服机构表现现象加严筛选等方法有效控制伺服机构位置精度超差问题。
  参考文献:
  [1]胡敏良、吴雪茹主编.流体力学.武汉理工大学出版社.2008.06;
  (作者单位:贵州航天控制技术有限公司)

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