直驱式容积控制电液伺服系统设计研究

　　一般来说电液伺服系统体积和噪声较大,可靠性较低,而且由于其中的元件加工精度要求高,所以成本也较高,这就限制了电液伺服系统更广泛的应用。

　　直驱式容积控制电液伺服系统是交流伺服电动机技术和液压技术相结合的产物,是近十年来交叉学科相结合的技术成果。这种电液伺服系统具有电动机控制的灵活性和液压大出力的双重优点,在一定的场合下,它可替代使用电液伺服阀的电液伺服系统,特别适合于军民两用的电液伺服系统的各种装置。

　　1　直驱式容积控制电液伺服系统组成及特点

　　直驱式容积控制电液伺服系统的组成及结构样机如图1、图2所示。该系统是用交流伺服电动机、可双向转动的定量泵取代了电液伺服系统中的电液伺服阀和变量泵,该系统的最大特点是充分发挥交流伺服电动机的特性而不用电液伺服阀,交流伺服电动机驱动可双向转动的定量泵,定量泵直接驱动液压缸(作动器)。通过改变电动机的正反转、电动机的速度和运转时间来控制液压缸(作动器)的正反向、液压缸(作动器)的速度快慢和位置。

　　直驱式容积控制电液伺服系统的优点是:液压油泵可以选用价格低廉、可靠性高的定量泵,而且由于伺服电动机工作在额定转速以下而使其寿命长和节能效果显著,伺服电动机与控制执行元件的液压油缸可以做到较为理想的功率匹配,同时还可以大范围调速;此外,减去了价格较高的液压伺服元件,对传动介质及过滤精度可适当降低,提高了系统可靠性;大大减少了液压泵的磨损,延长了其使用寿命;油箱的体积也可以很小等。总的来说,直驱式容积控制电液伺服系统克服了传统电液伺服系统难以克服的缺点,具有重大的使用价值。

　　2　直驱式容积控制电液伺服系统的数学模型

　　2.1 交流(电机)调速系统

　　试验中采用的是永磁交流同步伺服电机(PMSM)组成的调速系统。按照同步电机保持同步的机理,交流同步调速系统分为自控式和它控式,目前为止自控式应用比较广泛。自控式同步电机变频调速和它控式相比,最大特点就是能从根本上消除同步电动机转子振荡和失步的隐患。这得益于这种控制方式本身,由于给同步电动机定子供电的变频装置的输出频率受转子位置检测器的控制,即定子旋转磁场的转速和转子旋转的转速相等,始终保持同步,所以它不会由于负载冲击等原因造成失步现象。交流(电机)调速系统的精确数学模型比较复杂,但由于永磁交流电机调速系统的频响相对系统其他组成环节而言高得多,所以交流电机调速系统可被看作一惯性环节,即