大流量2D伺服閥新型控制器研究.pdf

1、電液伺服系統(tǒng)因控制精度高、功率重量比大和抗負(fù)載剛度大、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)床、船舶、礦山和航空航天等行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。電液伺服閥能將小功率的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為大功率的流量和壓力信號(hào)輸出，是電液伺服系統(tǒng)的核心部件，電液伺服閥的性能很大程度上決定了電液伺服系統(tǒng)的性能。電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器作為電液伺服閥的關(guān)鍵元件，其性能在一定程度上又決定了整個(gè)電液伺服閥的性能。
　　本文的研究對(duì)象為大流量2D伺服閥及其新型控制器。大流量2D伺服閥利用伺服螺旋機(jī)

2、構(gòu)在單個(gè)閥芯上將閥芯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為閥芯軸向運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)液壓功率放大，其集導(dǎo)控和主閥芯于單一閥芯上，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使得大流量2D伺服閥的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積和重量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)的大流量電液伺服閥（通常為三級(jí)閥）；大流量2D伺服閥利用閥芯上高、低壓小孔與閥套上的螺旋槽構(gòu)成液壓阻尼橋路實(shí)現(xiàn)導(dǎo)控，通流尺寸大、抗污染能力強(qiáng)。大流量2D伺服閥以三相混合式步進(jìn)電機(jī)作為電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器，不僅響應(yīng)速度快、成本低，而且便于實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字控制；同時(shí)以DSP芯片TMS32

3、0F2812和電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片 DRV8432為核心器件設(shè)計(jì)的控制器，不僅具有良好的動(dòng)靜態(tài)性能，而且使得控制器集成化、小型化、可靠性高。具體研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　1.研究了大流量2D數(shù)字伺服閥的結(jié)構(gòu)和工作原理，建立了大流量2D伺服閥的數(shù)學(xué)模型，并由此建立了2D伺服閥的Simulink模型，進(jìn)行了仿真分析，研究了大流量2D伺服閥主要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其動(dòng)靜態(tài)特性的影響。
　　2.對(duì)大流量2D伺服閥的電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析，建立了

4、電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的數(shù)學(xué)模型和Simulink仿真模型，為電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器的控制仿真奠定了基礎(chǔ)。
　　3.提出采用最大轉(zhuǎn)矩與空間電壓矢量調(diào)制算法（SVPWM）相結(jié)合的控制方法，對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置、速度、電流進(jìn)行三閉環(huán)控制以實(shí)現(xiàn)電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器在任意位置都能夠快速無(wú)失步精確定位。根據(jù)上述控制方法建立了電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器三閉環(huán)控制的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了Simulink仿真。仿真結(jié)果表明，采用該控制方法電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)靜態(tài)特性，對(duì)應(yīng)-9

5、0°，-3dB的頻寬約為150Hz，階躍響應(yīng)的上升時(shí)間約為12ms。
　　4.根據(jù)最大轉(zhuǎn)矩與空間電壓矢量調(diào)制算法（SVPWM）相結(jié)合的控制方法，設(shè)計(jì)了以高速TMS320F2812芯片和DRV8432集成驅(qū)動(dòng)芯片為構(gòu)架的大流量2D伺服閥新型控制器，開(kāi)發(fā)了整套的控制程序，進(jìn)行了動(dòng)靜態(tài)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明大流量2D伺服閥控制器具有良好的性能，重復(fù)精度小于3％，線性度小于1.5%，對(duì)應(yīng)-90°，-3dB的頻寬約為120Hz，階躍響應(yīng)的上升時(shí)