7.测控系统与机电一体化.doc

在职研究生课程论文（作业）封面（2014 级）课 程 名 称：测控系统与机电一体化课 程 编 号：_学 生 姓 名： 张继红 学 号： 201408176 年 级： 农业推广硕士 任 课 教 师: 刘立意 提 交 日 期： 2016 年 8 月 25 日成 绩：_教 师 签 字：_评 阅 日 期： 年 月 日东北农业大学研究生院制电液伺服阀的研究现状张继红摘要：液压技术主要是由于武器装备对高质量控制装置的需要而发展起来的。随着控制理论的出现和控制系统的发展，液压技术与待腻子技术的结合日趋完善，从而产生了广泛应用于武器装备的高质量电液控制系统。同时，液压技术也广泛地应用于许多工业部门。在这个发展过程中，控制装置的需要反过来迫使液压元器件、液压控制系统不断更新，不断发展提高。本文结合课堂所学，简要讲述液压技术的发展和应用。关键词：电液伺服阀；研究现状电液伺服阀是电液伺服控制中的关键元件，它是一种接受模拟电信号后，相应输出调制的流量和压力的液压控制阀。电液伺服阀具有动态响应快、控制精度高、使用寿命长等优点，已广泛应用于航空、航天、舰船、冶金、化工等领域的电液伺服控制系统中。1 近代液压伺服系统概述液压伺服控制系统的经典控制理论50年代初由美国麻省理工学院开始研究 , 到60年代初构成了其基本类型。经典控制理论采用基于工作点附近的增量线性化模型来对系统进行分析与综合,设计过程主要在域中进行,控制器的形式主要为迟后、超前网络和PID控制等。 目前,液压伺服系统的经典控制理论已经成熟。对于一些频宽不太高（50Hz以下）、参数变化和外干 扰不太大的液压伺服系统,采用经典方法进行设技已经能够满足工程需要 。近年来,随着机械工作精度、响应速度和自动化程的提高,对液压控制技术提出了越来越高的要求,液压控制技术也从传统的机械、操纵和助力装置等应用场合开始向航空航天、海底作业和车辆与工程机械等领域（如模拟加载装置、发动机然料进给控制与转速控制、车辆主 动悬挂装置、车轮防抱死制动系统和机器人电液伺服系统等）扩展。在这种情况下,仅采用液压控制技术已难以满足上述应用场合提出的要求,机、电、液一体化技术正是在这种背景下产生的。70年代末至80年代初逐渐完善和普及的计算机控制技术和集成传感技术为电子 技术和液压技术的结合奠定了基础。计算机控制在液压控制系统中的应用大大地提高了控制精度和工作可靠性,使得以往难于用模拟控制实现的复杂控制策略的实现成为可能。为了便于 使微机和电液控制系统进行接口,近年来除继续采用传统的电液伺服阀和比例阀作为电液转换与放大元件外,80年代初还出现了采用高速开关阀和步进电机拖动的数字阀的脉宽调制（PWM）型电液伺服系统和数字增量控制（IDC）型电液伺服系统。上述电液伺服系统与在传统的业场合中应用的电液伺服系统相比具有明显的不同处，主要表现在：（1）环境和任务复杂,普遍存在较大程度的参数变化和外负载干扰（有时甚至还存在多对象间的交叉干扰）；（2）电液转换元件不同 ,采了各种型式的数字阀,省去了D/A转换装置；（3）控制方法变为以近代控制方法、智能控制方法和鲁棒控制方法为主,控制器由以模拟实现为主变为以 数字控制和微机控制实现为主。凡是具备上述特征之一的电液服系统称为近代电液伺服系统 。王占林和刘长年在国内最早涉及了近代电液伺服系统的有关研究工作,系统地研究了基于二次型最佳指标的线性最优控制理论在电液伺服系统中的应用,出了液压伺服系统的优化设计理论。随后, 林建亚和丁崇生针对液压伺服系统的特点,研究了模型跟随自适应控制在 机器人电液伺服系统和试验机液压伺服系统中的应用。李从心在液压控制领域最早开展了模糊控制方法的应用研究,王孙安等结合大功率液压马达转速控制系统的研究进一步推动了 在液压服系统中的应用。近代电液伺服系统中, 非线性 、参数变化、外负载干扰和交叉干扰对系统控制性能的影响至关重要。开展对近代甩液伺服系统的非线性控制的研究, 对推 广近代电液伺服系统的应用和建立近代电液伺服系统的设计理论与控制方法的完整体系，具有重要的指导意义。2 国内外的现状 2.1市场情况目前，国内生产伺服阀的厂家主要有：航空工业总公司第六O九研究所、航空工业总公司第六一八研究所、航空工业总公司秦峰机床厂、北京机床研究所、中国运载火箭技术研究院第十八研究所、上海航天控制工程研究所及中国船舶重工集团公司第七O四研究所。国外生产伺服阀的厂家主要有：美国Moog公司、英国Dowty公司、美国Team公司、俄罗斯的“祖国”设计局、沃斯霍得工厂等，此外美国Park公司、EatonVickers公司、德国Bosch公司、Rexroth公司等亦有自己的伺服阀产品。电液伺服阀一般按力矩马达型式分为动圈式和永磁式两种。传统的伺服阀大部分采用永磁式力矩马达，此类伺服阀还可分为喷嘴挡板式和射流式两大类。目前国内生产伺服阀的厂家大部分以喷嘴挡板式为主。生产射流管式伺服阀形成规模及系列的只有中国船舶重工集团公司第七O四研究所。国外情况亦类似，原专业生产射流管式伺服阀的厂家美国Abex公司也已被Park公司所吞并。然而，由于射流管式伺服阀具有抗污染性能好、高可靠性、高分辨率等特点。有些生产厂家也在研制或已推出自己的射流管式产品，如航空工业总公司第六O九研究所、中国运载火箭技术研究院第十八研究所、美国Moog公司及俄罗斯的有关厂家等。美国Moog公司还在2006年7月召开了产品推广会，推出了射流管式的D660系列产品，并认为该产品代表了今后伺服阀的发展趋势。当前国内在研究、生产及使用伺服阀方面虽然形成了一定的规模。然而生产的产品主要用于航空、航天、舰船等军品领域，在民品市场占有率不大。同时，由于各生产单位各自为战、缺少合作、力量分散，很不利于伺服阀的进一步发展，也无法形成强大的竞争力与国外产品进行竞争。现国外产品在国内市场占有率最大的为Moog公司，它的产品占据了国内绝大部分的民品市场。2.2 研究现状当前电液伺服阀的研究主要在结构及加工工艺的改进、材料的更替及测试方法改变。1）在结构改进上，目前主要是利用冗余技术对伺服阀的结构进行改造。由于伺服阀是伺服系统的核心元件，伺服阀性能的优劣直接代表着伺服系统的水平。另外，从可靠性角度分析，伺服阀的可靠性是伺服系统中最重要的一环。由于伺服阀被污染是导致伺服阀失效的最主要原因。对此，国外的许多厂家对伺服阀结构作了改进，先后发展出了抗污染性较好的射流管式、偏导射流式伺服阀。而且，俄罗斯还在其研制的射流管式伺服阀阀芯两端设计了双冗余位置传感器，用来检测阀芯位置。一旦出现故障信号可立即切换备用伺服阀，大大提高了系统的可靠性，此种两余度技术已广泛的应用于航空行业。而且，美国的Moog公司和俄罗斯的沃斯霍得工厂均已研制出四余度的伺服机构用于航天行业。 我国的航天系统有关单位早在90年代就已进行三余度等多余度伺服机构的研制，将伺服阀的力矩马达、反馈元件、滑阀副做成多套，发生故障可随时切换，保证系统的正常工作。此外多线圈结构、或在结构上带零位保护装置、外接式滤器等型式的伺服阀亦已在冶金、电力、塑料等行业得到了广泛的应用。2）在加工工艺的改进方面，采用新型的加工设备和工艺来提高伺服阀的加工精度及能力。如在阀芯阀套配磨方法上，上海交通大学、哈尔滨工业大学均研制出了智能化、全自动的配磨系统。特别是哈尔滨工业大学的配磨系统改变了传统的气动配磨的模式，采用液压油作为测量介质，更直接地反应了所测滑阀副的实际情况，提高了测量结果的准确性与精度。在力矩马达的焊接方面，中船重工第704研究所与德国知名厂家合作，采用了世界最先进的焊接工艺取得了良好的效果。另外，哈尔滨工业大学还研制出智能化的伺服阀力矩马达弹性元件测量装置。解决了原有手动测量法中存在的测量精度低、操作复杂、效率低等问题。对弹性元件能高效完成刚度测量、得到完整的测量曲线，且不重复性测量误差不大于1%。3）在材料的更替上方面。除了对某些零件采用了强度、弹性、硬度等机械性能更优越的材料外。还对特别用途的伺服阀采用了特殊的材料。如德国有关公司用红宝石材料制作喷嘴档板，防止因气馈造成档板和喷嘴的损伤，而降低动静态性能，使工作寿命缩短。机械反馈杆头部的小球也用红宝石制作，防止小球和阀芯小槽之间的磨损，使阀失控，并产生尖叫。航空六O九所、中船重工第七O四研究所等单位均采用新材料研制了能以航空煤油、柴油为介质的耐腐蚀伺服阀。此外对密封圈的材料也进行了更替，使伺服阀耐高压、耐腐蚀的性能得到提高。4）在测试方法改进方面，随着计算机技术的高速发展，生产单位均采用计算机技术对伺服阀的静、动态性能进行测试与计算。某些单位还对如何提高测量精度，降低测量仪器本身的振动、热噪声和外界的高频干扰对测量结果的影响，作了深入的研究。如采用测频/测周法、寻优信号测试法、小波消噪法、正弦输入法及数字滤波等新技术对伺服阀测试设备及方法进行了研制和改进。 参 考 文 献 1曾广商、吴希田、何友文 俄罗斯伺服技术的发展，出国考察技术报告1997年第1期2 陈彬、易孟林 电液伺服阀的研究现状及发展趋势 液压