汽車懸掛架減振器性能試驗臺的電液伺服控制系統(tǒng)
一、電液伺服控制概述
液壓伺服系統(tǒng)是一種閉環(huán)控制系統(tǒng)，其控制技術(shù)是反饋控制技術(shù)、電子技術(shù)與液壓技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的。它是一種執(zhí)行元件能以一定的精度自動地按照輸入信號的變化規(guī)律而動作的自動控制系統(tǒng)。液壓伺服控制系統(tǒng)除了具有液壓傳動的各種優(yōu)點外，還具有體積小、響應(yīng)速度快、系統(tǒng)剛度大和控制精度高等優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于機床、重型機械、起重機械、汽車、飛機、船舶和軍事裝備等方面。
1．液壓伺服系統(tǒng)的工作原理及基本特點
(1)液壓伺服系統(tǒng)的工作原理圖I所示為一簡單液壓傳動系統(tǒng)，用一個四通滑閥控制液壓缸去推動負(fù)載運動。當(dāng)向右給閥芯一個輸入位移量xi時，則滑閥移動某一開口量xv，此時，壓力油進(jìn)入液壓缸右腔，液壓缸左腔回油，在壓力油的作用下缸體向右運動，輸出位移xp。
著將滑閥和液壓缸組合成一個整體，上述系統(tǒng)就變成一個簡單的液壓伺服系統(tǒng)，如圖J所示。由于閥體與缸體制成一個整體，從而構(gòu)成反饋控制。它的反饋控制過程是：當(dāng)控制滑閥處于中間位置（零位，即沒有信號輸入，xi=0）時，閥芯凸肩恰好遮住通往液壓缸的兩個油口，閥沒有流量輸出，缸體不動，系統(tǒng)的輸出量xp =0，系統(tǒng)處于靜止平衡狀態(tài)。
若給控制滑閥一個輸入位移xi（如圖J中向右），閥芯將偏離其中間位置，則節(jié)流窗口a、b便有一個相應(yīng)的開口量xv= xi，壓力油經(jīng)a口進(jìn)入液壓缸右腔，左腔油液經(jīng)b口回油，缸體右移xp，由于閥體與缸體是固連在一體的，因此閥體也右移xp，因閥芯受輸入端制約，則閥的開口量減小，即xv-xi-xp，直到xp-xi(xv=0)時，閥的輸出流量等于零，缸體停止運動，處在一個新的平衡位置，完成了液壓缸輸出位移對滑閥輸入位移的跟隨運動。如果控制滑閥反向運動，液壓缸也反向跟隨運動。這種系統(tǒng)，移動滑閥所需要的信號功率很小，而系統(tǒng)的輸出功率卻很大。因此，這是一個功率放大系統(tǒng)（功率放大所需要的能量由液壓能源供給，供給能量的控制是根據(jù)系統(tǒng)偏差的大小而自動地進(jìn)行）。控制滑閥作為轉(zhuǎn)換、放大元件，把輸入的機械信號（位移或速度）轉(zhuǎn)換并放大成液壓信號（流量或壓力）輸出至液壓缸。
在這個系統(tǒng)中，輸出位移xp之所以能夠精確地復(fù)現(xiàn)輸入位移xi的變化，是因為缸體和閥體是一個整體，構(gòu)成了負(fù)反饋控制。缸體的輸出信號（位移xp）反饋至閥體。并與滑閥輸入信號（位移xi）進(jìn)行比較，有偏差（即有開口量）缸體就繼續(xù)移動，直到偏差消除為止。
由此可見，在此系統(tǒng)中滑閥閥芯不動，液壓缸也不動；閥芯移動多少距離，液壓缸也移動多少距離；閥芯移動速度快，液壓缸移動速度也快；閥芯向哪個方向移動，液壓缸也向那個方向移動。只要給控制滑閥以某一規(guī)律的輸入信號，則執(zhí)行元件（系統(tǒng)輸出）就自動地、準(zhǔn)確地跟隨控制滑閥，按照這個規(guī)律運動。
在這個系統(tǒng)中，反饋介質(zhì)是機械連接，稱為機械反饋。一般說來，反饋介質(zhì)可以是機械的、電氣的、氣動的、液壓的或它們的組合形式。
綜上所述，液壓伺服系統(tǒng)的工作原理就是利用反饋得到偏差信號，控制液壓能源輸入系統(tǒng)的能量（流量和壓力），使系統(tǒng)向著減小偏差的方向變化，從而使系統(tǒng)的實際輸出與期望值相符。這一原理也可用圖K所示的方塊圖表示。
(2)液壓伺服系統(tǒng)的基本特點 通過上述分析，可以看出液壓伺服系統(tǒng)具有下列基本特點。
①液壓伺服系統(tǒng)是一個自動跟蹤系統(tǒng)（或隨動系統(tǒng)），輸出量能夠自動地跟隨輸入量變化規(guī)律而變化。
②液壓伺服系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)。系統(tǒng)的輸出信號和輸入信號之間存在偏差是液壓伺服系統(tǒng)工作的必要條件，也可以說液壓伺服系統(tǒng)是靠偏差信號進(jìn)行工作的。
③液壓伺服系統(tǒng)必須具有負(fù)反饋環(huán)節(jié)。
④液壓伺服系統(tǒng)是一個功率放大裝置（系統(tǒng)），執(zhí)行元件輸出的功率遠(yuǎn)大于輸入信號的功率，多達(dá)幾百倍，甚至幾千倍。伺服控制過程的物理本質(zhì)是利用偏差信號去控制液壓能源輸入到系統(tǒng)的能量，所以液壓伺服裝置一般也稱為液壓伺服放大器。
2．液壓伺服系統(tǒng)的類型及組成
(1)液壓伺服系統(tǒng)的類型液壓伺服系統(tǒng)可以從不同的角度加以分類。
①按被控制物理量不同分為：位置伺服系統(tǒng)、速度伺服系統(tǒng)、力（或壓力）伺服系統(tǒng)等。
②按控制信號的類別和回路的組成不同分為：機械一液壓伺服系統(tǒng)、電氣一液壓伺服系統(tǒng)、氣動一液壓伺服系統(tǒng)。
③按控制元件的不同分為：滑閥式、射流管式、噴嘴擋板式、轉(zhuǎn)閥式伺服系統(tǒng)。
④按控制方式不同可分為：閥控系統(tǒng)（節(jié)流式），由伺服閥利用節(jié)流原理，控制輸入執(zhí)行元件的流量或壓力的系統(tǒng)；泵控系統(tǒng)（容積式），利用伺服變量泵改變排量的辦法，控制輸入元件的流量或壓力的系統(tǒng)。
(2)液壓伺服系統(tǒng)的組成實際的液壓伺服系統(tǒng)無論多么復(fù)雜，也都是由以下一些功能相同的基本元件組成（可用圖L方塊圖表示）的。
①輸入元件：它給出輸入信號（指令信號）加于系統(tǒng)的輸入端。
②反饋測量元件：測量系統(tǒng)的輸出量，并轉(zhuǎn)換成反饋信號。如上例中缸體與閥體的機械連接。
③比較元件：將反饋信號與輸入信號進(jìn)行比較，給出偏差信號。反饋信號與輸入信號應(yīng)是相同的物理量，以便進(jìn)行比較。比較元件有時不單獨存在，而是與輸入元件、反饋測量元件或放大元件一起組合為同一結(jié)構(gòu)元件。如上例中伺服閥同時構(gòu)成比較和放大兩種功能。
④放大轉(zhuǎn)換元件：將偏差信號放大并轉(zhuǎn)換成液壓信號（壓力或流量），如伺服放大器、液壓控制閥、電液侗服閥等。
⑤液壓執(zhí)行元件：與液壓傳動系統(tǒng)中的相同，通常指液壓缸或液壓馬達(dá)。
⑥控制對象：它是系統(tǒng)中所控制的對象，如工作臺及其他負(fù)載裝置。
二、汽車懸掛減振器性能試驗臺主機功能結(jié)構(gòu)
汽車懸掛減振器性能試驗臺是減振器研發(fā)、生產(chǎn)的必要試驗設(shè)備，主要用于減振示功特性、速度特性試驗。該試驗臺由主機、液壓伺服激振系統(tǒng)和微機測控系統(tǒng)等組成。采用電液伺服和微機測控技術(shù)，模擬減振器實際工況，采用試驗過程的實時監(jiān)測和自適應(yīng)閉環(huán)控制。
圖M所示為試驗臺主機結(jié)構(gòu)示意。工作臺3、立柱5和橫梁6組成試件的裝夾框架，裝夾框架支撐在機架總成2上；伺服自激裝置固定在工作臺下，其活塞桿穿過工作臺，通過螺紋、過渡件和夾具與減振器下端相連；位移傳感器9和速度傳感器1與活塞桿固連在一起；力傳感器4固定在調(diào)整螺桿7上，調(diào)整螺桿由螺母固定在橫粱上。調(diào)整螺桿可以根據(jù)不同規(guī)格減振器所需的運動空間上下調(diào)整。
三、汽車懸掛減振器性能試驗臺電液伺服系統(tǒng)及微機測控系統(tǒng)的I作原理
圖N所示為該試驗臺電液伺服控制系統(tǒng)的液壓原理圖。系統(tǒng)的油源為CY-C系列電動機組合泵5，其工作壓力和卸荷由電磁溢流閥6設(shè)定和控制，壓力由表8顯示。系統(tǒng)的執(zhí)行元件為液壓缸13，通過電液伺服閥12的控制，液壓缸的活塞桿按要求的方向和速度運動并帶動減振器運動；伺服閥12前設(shè)有精過濾器10，系統(tǒng)還有液位計3、溫度調(diào)節(jié)器4、吸油和回油過濾器1和2、蓄能器7。該系統(tǒng)和微機測控系統(tǒng)一起對試驗臺進(jìn)行閉環(huán)反饋控制。
圖O為微機測控系統(tǒng)原理圖。主測控機為IBM-PC微機，通過PIC-6042E型數(shù)據(jù)采集卡對試驗系統(tǒng)進(jìn)行測控；試驗臺動作指令由微機發(fā)出，通過D/A接口進(jìn)入伺服閥的控制器進(jìn)行信號的放大和調(diào)節(jié)；輸出電流信號，使液壓缸按要求運動，同時帶動減振器運動，并通過位移傳感器、速度傳感器和力傳感器監(jiān)測位移、速度和阻尼力，這三組信號通過適當(dāng)調(diào)理，分別進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡的三路A/D中；計算機通過數(shù)據(jù)處理得到減振器特性曲線。由于系統(tǒng)采用位置反饋控制，因此位移信號通過適當(dāng)處理轉(zhuǎn)化為調(diào)整指令發(fā)送到伺服控制器。
四、汽車懸掛減振器性能試驗臺技術(shù)特點
①該試驗臺主機結(jié)構(gòu)簡單，采用電液伺服控制和微機測控技術(shù)，使用方便，人機界面友好，測試精度和效率高。
②液壓系統(tǒng)采用電動機組合泵供油，簡化了泵組結(jié)構(gòu)設(shè)計；通過伺服閥前設(shè)精過濾器，回油設(shè)過濾器和設(shè)置溫控調(diào)節(jié)裝置，提高了系統(tǒng)的可靠性。