弱刚度负载电液系统的安全控制方案研究

　　0 前言

　　电液控制系统的安全运行在工业生产中为首要条件。 很多情况下，为确保电液控制系统的安全工作，都会在系统中加入保护元件，如平衡阀、液控单向阀、安全阀、溢流阀等。 在这些安全控制元件中，平衡阀的控制系统相对复杂，它常使用于比例或伺服控制系统中，使得控制元件(比例阀或者伺服阀)原先受到的“被动”负载变成了一种由平衡阀所带入的“主动”负载。 这种控制将会给液压回路带来比较强烈的抖动情况[1,2]，特别是在弱刚度低速运动的情况下。

　　这种伺服控制系统中强烈的抖动情况将可能会给系统造成众多不利的影响：

　　(1)控制目标的位置不停发生跳动，无法稳定。

　　(2)系统中联接处会因为振动而引起松动。

　　(3)影响液压元件的寿命。

　　(4)系统中如有人操作，不利于人身安全。

　　对于这种抖动情况，系统控制中就需要提供 “消抖”的功能，防止出现以上危险。对此，本文将对具有平衡阀的伺服控制系统进行分析， 通过这种最为复杂情况下的控制分析来指导一般情况下弱刚度负载情况下液压系统的安全控制问题。

　　高空作业车平台调平液压控制系统是一个典型的弱刚度负载条件下的伺服控制系统，其中就是以平衡阀作为安全保护元件。本文就将以此作为一个典型实际系统来进行分析探讨。

　　1 调平系统的组成和工作原理

　　登高平台车调平液压控制系统的机械部分采用了折叠式的曲臂结构[3]。 这种曲臂结构分为2 节，登高平台位于车体曲臂的终端，如图1 所示。 它的角度将通过曲臂内部的液压缸，经齿条加以控制。 平台作为负载，在这种结构中刚度较弱，易于晃动，不利于平台角度的稳定。

　　在电液控制方面，平台作为负载，它的角度量作为控制对象，通过图2 所示的伺服液压系统进行控制。 液压控制元件包含比例伺服阀、平衡阀以及液压缸组成，为保证控制精度， 此系统采用平台角度反馈构成的大闭环进行控制。 平台角度将随着大闭环的反馈控制不断地朝目标角度靠近。

　　平衡阀作为比例伺服阀与液压缸油路之间的液压元件， 它自身的固有特性将会给现有系统带来潜在的抖动情况。 这种情况下液压缸的伺服控制方式将会比典型的阀控缸的系统复杂许多， 对此本文需要克服这种困难，保障负载的稳定工作。

　　2 伺服控制系统的理论推导

　　分析系统中平衡阀和液压缸一起工作的情况。 如图2 所示，由于平衡阀在液流由下往上流动的过程中，其实是旁路单向阀在工作。 这里我们将重点分析平衡阀主体工作的情况。 在不考虑内外部泄漏的情况的下，当流入A 腔的流量为Q 的情况下。