在介紹直動式電液伺服閥的基礎上，建立了直動式電液伺服閥伺服控制系統(tǒng)的數(shù)學模型以及Simulink仿真框圖，對其進行仿真，并對仿真結(jié)果進行了分析。 1 引言 近年來，工程機械的快速發(fā)展以及電液伺服系統(tǒng)應用領域的拓寬，對電液伺服閥提出了更高的技術要求，而傳統(tǒng)的噴嘴擋板式電液伺服閥已經(jīng)難以達到這些要求，因此需要一種新型的電液伺服閥。直動式伺服閥是一種新型的電液伺服閥。它取消了噴嘴擋板組，提高了閥的抗污染力，而且用直線力馬達替代了力矩馬達，這些優(yōu)點使得它從上個世紀90年代后期面世以來，就受到了廣泛的關注。電液伺服控制系統(tǒng)的研究直接關系到伺服閥性能的提高，但直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的研究目前還比較少，因此，本文建立了直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，并以Moog系列直動閥為實例進行了仿真分析。 2 直動式電液伺服閥的結(jié)構(gòu) Moog系列直動式電液伺服閥，主要由直線力馬達、液壓閥及放大器組件三部分組成，如圖1所示。直線力馬達，采用永磁混合式差動力電機，使得閥的性能提高，是近年來電液伺服閥技術的一項突出進展。放大器組件實現(xiàn)閥芯位置的閉環(huán)實時控制，并且用特殊的連接技術固定在伺服閥內(nèi)。 3 直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的組成 電液伺服控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，根據(jù)被控物理量不同，可以分為：位置、速度和力三類伺服系統(tǒng)。在這三類伺服控制中，應用最為廣泛的是電液位置伺服控制系統(tǒng)，直動式電液伺服閥的位置控制系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。 4 直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學模型 （1）將直動式電液伺服閥的控制線圈電流作為輸入信號，將閥芯位移作為輸出信號，由伺服閥的設計理論，可得電液伺服閥的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]v[/sub]為直動式電液伺服閥的流量增益； ω[sub]v[/sub]為直動式電液伺服閥的轉(zhuǎn)折頻率； ε[sub]v[/sub]為直動式電液伺服閥的阻尼系數(shù)。 （2）考慮到直動式電液伺服閥的位移方程，可得液壓缸的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]h[/sub]為液壓缸的速度剛度； ω[sub]h[/sub]為液壓缸的無阻尼固有振蕩頻率； ε[sub]h[/sub]亂為液壓缸的阻尼系數(shù)。 （3）位移傳感器的傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]f[/sub]為位移傳感器的增益；ω[sub]f[/sub]為位移傳感器的轉(zhuǎn)折頻率。 （4）在電液伺服閥中，伺服放大器一般采用深度電流負反饋，其傳遞函數(shù)為： 式中：K[sub]o[/sub]為放大器的增益；ω[sub]o[/sub]為放大器的轉(zhuǎn)折頻率。 由式（1）～（4）和圖2可得到直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為： 5 直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的仿真模型 利用Matlab/Simulink仿真工具，由式（5）和圖2可以建立直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的仿真框圖，如圖3所示。 圖3和式（5）中的字母對應關系如下：k[sub]1[/sub]=K[sub]o[/sub]ω[sub]o[/sub]，k[sub]2[/sub]=K[sub]v[/sub]ω[sub]v[/sub][sup]2[/sup]，k[sub]3[/sub]=K[sub]h[/sub]ω[sub]h[/sub][sup]2[/sup]，k[sub]4[/sub]=K[sub]f[/sub]ω[sub]f[/sub]，c[sub]1[/sub]=ω[sub]o[/sub]，c[sub]2[/sub]=ωv[sub][/sub][sup]2[/sup]，c[sub]3[/sub]=ω[sub]f[/sub]，m[sub]1[/sub]=2ξ[sub]v[/sub]ω[sub]v[/sub]，m[sub]2[/sub]=2ξ[sub]h[/sub]ω[sub]h[/sub]，m[sub]3[/sub]=ω[sub]h[/sub][sup]2[/sup]。 6 仿真結(jié)果 以Moog系列直動式電液伺服閥D633的參數(shù)為實例，對圖3進行仿真。當給系統(tǒng)施加一個階躍信號時，其輸出端的響應如圖4所示。從圖4中可以看出，該曲線是典型的三階系統(tǒng)的階躍響應曲線，所以說，直動式電液伺服閥的控制系統(tǒng)相當于一個三階系統(tǒng)。另外，也可以看出，在階躍信號激勵下，系統(tǒng)的調(diào)整時間、最大超調(diào)量、上升時間等描述系統(tǒng)動態(tài)性能指標的參數(shù)。 7 結(jié)論 （1）推導出直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的數(shù)學模型，這對直動式電液伺服閥的工程應用和進一步研究具有重要的參考價值。 （2）建立了直動式電液伺服閥控制系統(tǒng)的通用仿真框圖，利用框圖，變換參數(shù)，就可以直接得到仿真結(jié)果，該方法方便、實用。 第二屆伺服與運動控制論壇論文集 第三屆伺服與運動控制論壇論文集