升降平台液压同步控制的方法及应用

摘 要：本文主要介绍一种液压闭环伺服控制系统的工作原理、特点、分类及应用。本文所采用的是一种改进的四缸同等位置同步系统，该控制系统的主要特征是同步精度高，响应速度快。

关键词：同等式同步控制 电液伺服控制系统 闭环控制 同步精度

中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）01（a）-0099-01

随着航空航天、现代机械工程、冶金机械等的飞速发展，对液压同步控制技术要求精度和稳定性越来越高。以升降平台为例，机身的四个升降液压缸在升降时应能达到很好的同步控制，否则可能造成对机身或液压油缸的破坏，甚至由于机身的不平而使平台整体结构造成严重的破坏。采用电液伺服同步控制系统逐渐代替传统的液压控制系统。电液伺服阀是实现电液伺服同步控制技术的关键控制器件。由于其较好的控制精度和稳定性，电液伺服阀已开始逐渐代替传统控制阀。

1 液压闭环伺服控制系统

1.1 工作原理

设定值即输入信号决定了阀芯的先导压力等级。传感器主要检测阀芯的位置，产生一个电控模块可以识别的反馈信号，电控系统通过输入信号和反馈信号之间的偏差来驱动电磁阀，进而改变先导压力，驱动主阀芯到正确的位置。

①集成脉宽调制。

采用基于集成的脉宽调制的电液伺服阀来控制，一旦主阀芯到达所需位置，调制停止，阀芯位置被锁定。

1.2 平台升降同步闭环控制系统

液压同步闭环控制系统现在有很多实现形式，根据系统所需要实现的任务的不同，以及有多少被控执行元件、类型和结构、安装与运行方向、控制元件的不同会有很多种分类。“同等方式”和“主从方式”控制方式是液压同步闭环系统最经常使用的两种。两种方式比较，采用“同等方式”控制方式的液压同步闭环系统就需要个执行元件、检测元件、控制元件、反馈等之间的关系严格匹配，才能获得与采用“主从方式”的控制系统同等高精度的同步输出，这样就加大了机械设备的实行难度。

（1）同步闭环伺服控制系统的特点：①同步精度高。同步闭环伺服控制采用伺服阀控制液压同步，伺服阀的精度高，响应快。②组成复杂。由同步闭环伺服控制组成的控制系统，此种伺服阀组成复杂，造价高且抗污染能力差。

（2）同步闭环控制系统的形式分类，①按控制输出的不同，液压同步闭环控制分为力同步闭环控制、速度同步闭环控制和位置同步闭环控制三种形式。②按被控执行元件的数量不同，液压同步闭环控制又有双执行元件和多执行元件同步闭环控制之分。③按被控执行元件的类型与结构、安装形式与运动方向的不同，可以将液压同步闭环控制分为液压缸同步闭环控制与液压马达同步闭环控制。由于液压执行元件的安装形式与运动方向对同步控制的性能有着直接的影响，因此，液压同步闭环控制又能细分成卧式和立式两种形式。

1.3 控制系统的特点

由于各种控制元件间在结构及性能上存在的差异，液压执行元件单作用液压缸与双作用液压缸的结构及安装方式的不同等原因造成了相应控制形式间都有着各自的鲜明特点。

（1）电液伺服阀控制，电液伺服阀控制：电液伺服阀是种高精度、高频响的电液控制元件，由它组成的液压同步闭环控制系统不仅具有较高的响应速度，而且同步控制精度高。电液伺服阀组成的液压同步闭环控制一般适用于高同步精度要求的各类主机。

（2）立式液压缸同步缸闭环控制，立式液压缸同步缸闭环控制就存在因液压缸竖直安装导致的重力负载的作用，且会引起油缸在两个运动方向上的动态性能不一致，给正反两个运动方向的高精度同步控制带来困难。这种重力负载的“干扰”现象，对大负荷的同步提升或下降是尤其严重的。

（3）对称多液压缸，对称液压缸是种双杆双向输出的液压缸，它的最大特点是进、回油腔承压面积相等，但其构造较复杂、滑动磨擦阻力增大、需要的运行空间也大。

2 平台升降同步闭环伺服控制及应用

采用液压同步闭环控制的目的，就是要利用闭环控制的自身特点来获得被控多个执行元件与负载的输出量的高精度同步。对于液压同步闭环控制来说，“同等方式”和“主从方式”是通常采用的两种控制策略。“同等方式”即指多个需同步控制的执行元件跟踪设定的理想输出而都分别受到控制并达到同步驱动。“主从方式”是指多个需同步控制的执行元件以其中一个的输出为理想输出，而其余的执行元件均受到控制来跟踪这一选定的理想输出并达到同步驱动。

对于带多个元件的执行器，同时驱动同一个结构元件的升降液压系统，由于每个油缸的生产制造工艺、泄漏、非线性摩擦力、结构、负载等上的差异。计算机控制的液压同步伺服控制很好的解决了由于液压系统的泄漏、执行元件的非线性磨擦阻力、以及控制元件的性能差異、结构件的制造工艺、平台的负载大小、以及载货的分布、平台的高度等都将造成同步误差。可实现平台的自动调平，可大大提高同步精度。

同步控制回路就是根据通过改变一些液压回路的流量来达到同步的，软件程序中给定每个油缸的设定值控制伺服电磁阀开口。而位置误差的检测是通过位移传感器来实现，位置精度的高低决定控制回路的精度。如以四个油缸的位置平均值作为参考值，每个油缸位置与平均值比较，当在规定的一定误差范围内时，油缸的驱动值不变即等于原来的设定值；当油缸的位置与平均值比较大于平均值加上一定的误差值时，减小油缸的驱动值使油缸的伸缩慢下来；当油缸的位置与平均值比较小于平均值加上一定的误差值时，增大油缸的驱动值加快油缸的伸缩速度；这种方法的基本程序是先根据运行经验，确定一组伺服阀基本设定参数，即没有位置传感器时，初调平台升降时各伺服阀的初始值作为设定值。并将系统投入闭环运行，然后加入传感器位置反馈值，观察平台升降同步效果，调整设定值。若认为控制质量不满意，则根据各设定参数对控制过程的影响改变调整参数。这样反复试验，直到满意为止。

经过试验证明，平台升降采用多液压缸的位置同步电液伺服阀闭环控制，整机的同步驱动效果明显，不同步范围在±5 mm之内，且同步驱动时平稳、无卡住和水平摇晃现象。

3 结语

随着航空航天、农业、工程机械、冶金机械等的不断发展，计算机硬件、软件技术的广泛应用，液压同步控制闭环系统得到了不断的日趋完善和成熟。

参考文献

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