基于PXI的電液伺服作動器控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：針對某工程機械中的作動器裝置，利用其液壓系統(tǒng)的工作原理，設(shè)計了一種基于PXI的電液伺服作動器控制系統(tǒng)。在介紹作動器液壓回路工作原理的基礎(chǔ)上，簡述了控制系統(tǒng)的設(shè)計方案及其組成。該設(shè)計解決了該作動器開環(huán)控制誤差大的問題，具有控制精度高，靈敏度高，結(jié)構(gòu)緊湊，可復(fù)用性高等優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：電液伺服閥；伺服系統(tǒng)；作動器；PXI；LabVIEW

0 引言
作動器是一種以液壓油為動力源的擺動機構(gòu)，在飛行器的升降翼、方向舵、水平襟翼以及坦克、船舶、火車等多種需要擺動機構(gòu)的場合得到了廣泛的應(yīng)用。本文的電液伺服作動器是某工程項目中驅(qū)動機械裝置動作的傳動設(shè)備，該作動器的主要作用是利用作動簡的動作驅(qū)動相應(yīng)裝置產(chǎn)生動作，從而實現(xiàn)對該機械裝置運動軌跡的控制。因此作動器的動作性能指標(biāo)直接影響到該工程機械裝置的工作安全。
然而，目前大多文獻及研究是以單片機或DSP為控制單元實現(xiàn)對電液伺服作動器的閉環(huán)控制，其控制策略復(fù)雜，復(fù)用性差等缺點使其在工程應(yīng)用中越來越不能適應(yīng)實際工況的要求。近幾年，隨著虛擬儀器測試平臺的快速發(fā)展，越來越多的工業(yè)控制開始利用該平臺進行相關(guān)技術(shù)的研究與開發(fā)。虛擬儀器測試平臺強大的控制、處理能力及標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化等優(yōu)點使其成為當(dāng)今控制領(lǐng)域的主流控制工具。
本文根據(jù)電液伺服作動器的工作原理，結(jié)合作動器伺服機構(gòu)開環(huán)的工作特性，提出一種基于虛擬儀器測試平臺PXI架構(gòu)的電液伺服作動器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于完成對該類作動器伺服機構(gòu)的閉環(huán)控制，實現(xiàn)作動筒及主控閥上位移傳感器所測量的參數(shù)可調(diào)可顯示，并且為作動器提供二次電源，達到高安全性的控制要求。系統(tǒng)通過作動筒上位移傳感器反饋的參數(shù)與操作界面上輸入?yún)?shù)進行比較，產(chǎn)生誤差信號控制伺服閥的開度，使作動筒達到?jīng)]定位置，實現(xiàn)機械裝置特定位置的動作，完成控制要求。

1 電液伺服作動器控制系統(tǒng)的組成及工作原理
控制系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由人機交互界面、控制級和伺服放大級組成，如圖1所示。人機交互界面主要是對作動器工作參數(shù)進行設(shè)置與顯示；控制級為控制系統(tǒng)的核心部分，主要完成對作動器伺服機構(gòu)的閉環(huán)控制；伺服放大級包括傳感器激勵、信號解調(diào)、電源輸入及電磁閥驅(qū)動等部分。

為了更好地說明控制系統(tǒng)的工作機理，下面對作動器伺服機構(gòu)的工作原理給予簡單介紹。如圖2所示，在正常工作情況下，伺服機構(gòu)的液壓源正常，電磁閥SOV有電，電液伺服閥EHSV得電，它是通過電流信號控制主控閥的閥芯滑動，進而控制進入作動筒內(nèi)的油量，使作動簡的活塞桿產(chǎn)生相對位移，從而實現(xiàn)機械裝置的動作。當(dāng)SOV失電或液壓源出現(xiàn)故障時，相應(yīng)旁通閥動作，將此油路對應(yīng)的作動筒兩腔溝通處于旁通狀態(tài)。功能轉(zhuǎn)換閥的閥芯由于SOV失電而產(chǎn)生動作，觸碰微動開關(guān)，使其產(chǎn)生動作，該動作經(jīng)由相關(guān)電路調(diào)整為電信號，在操作界面上顯示。

由此可見，機械裝置動作是由作動筒的動作驅(qū)動，而作動筒的動作是靠液壓油所產(chǎn)生的壓力推動作動筒的活塞實現(xiàn)。若要控制作動筒的活塞運動就必須控制液壓油。在伺服機構(gòu)工作原理敘述中可以看到，整個作動器的液壓油主要靠電液伺服閥來控制。
電液伺服閥是用于連接系統(tǒng)的電氣與液壓部分，將輸入的小功率電信號轉(zhuǎn)變?yōu)殚y的運動，而閥的運動又可以控制液壓油流向液壓執(zhí)行機構(gòu)的流量與壓力，實現(xiàn)電液信號的轉(zhuǎn)換和放大，以及對液壓執(zhí)行機構(gòu)的控制。電液伺服閥的工作機理為輸入量是電流，輸出量則是和輸入量成正比的負(fù)載壓力或負(fù)載流量。