液压力控制系统调试中的问题分析

　　1 引言

　　以力为被调量的液压伺服控制系统称为液压力控制系统。在工程实际中,经常需要对力进行控制,如材料试验机、结构物疲劳试验机、轧机张力控制系统、车轮刹车装置等都采用液压力控制系统。

　　我单位所承接的摩擦焊接电液伺服控制系统,工作原理如图1。

　　当水平试件与垂直试件压上后,垂直试件往返运动,两试件靠摩擦产生的热量将金属熔化,冷却后焊接在一起,其中的液压力控制系统部分的输出力作用在水平试件上,作为产生摩擦力的正压力,要求输出力在0~200 kN间连续可调。本文就该力控制系统在调试时出现的问题进行了分析,并提出一些解决方法,在此与大家分享。

　　2 系统组成和控制原理

　　液压力控制系统主要由伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、力传感器和位置传感器等组成,系统原理图如图2a。

　　该液压力控制系统由力闭环和位置闭环控制系统组成。水平液压缸作用的试件和垂直液压缸作用的试件接触前,位移为被调量,位置控制系统闭环,液压缸可停在要求的位置进行焊接前准备工作;要求焊接时,液压缸前进到两试件接触,位置闭环断开,力闭环工作,以力为被调量。这时指令装置发出指令电压信号Ur,液压缸有输出力,该力由力传感器检测转换为反馈电压信号Uf,反馈电压信号与指令电压信号相比,得出偏差电压信号Ue。此偏差信号经伺服放大器放大后输入到伺服阀,使伺服阀产生负载压差作用于液压缸活塞上,使输出力向减小误差的方向变化,直至输出力等于指令信号所规定的值为止。在稳态情况下,输出力与偏差信号成比例。

　　2套伺服控制系统使用1套液压缸和伺服阀,液压缸为单杆双作用缸,伺服阀为零开口喷嘴挡板流量阀。

　　3 系统调试中出现的问题

　　系统供油压力在10 MPa以下,输出力在0~120kN间稳定、可调;当系统供油压力高于10 MPa后,力控制系统出现振荡,系统不稳定。

　　4 分析原因

　　力控制系统开环增益Ko影响系统稳定性,由式(1)分析,1个系统做好后,液压部分的增益调整余量很小,通常可以通过调整电气增益来调节系统开环增益。

　　式中Ko为力控制系统开环增益;Ka为伺服放大器增益;Kxv为伺服阀增益;Kq/Kce为总压力增益;Kq为系统流量增益;Kce为系统压力流量系数;Ap为液压缸面积;KfF为力传感器增益。

　　但由于该系统所选用的伺服阀是零开口流量阀,这种结构形式的阀的压力增益很高。由该阀的出厂试验压力增益曲线分析,当输入额定电流的3.5%时,伺服阀两负载腔压力差即达到供油压力,电流继续增加,伺服阀负载腔的输出压力不变,从而液压缸输出力不变,此时输入信号和输出力间没有比例关系,所以电气部分的增益调整余量就很小,系统出现振荡后很难通过电气调整恢复稳定。