关于液压伺服控制系统的振荡解析

关键词：目前的轧钢系统中，对位置控制要求精度高时，普遍采用伺服液压传动。例如轧机、夹送辊、助卷辊的辊缝控制。伺服控制有很多电气传动无法比拟的优点，例如：（1）控制精度高，可以达到微米级别。（2）响应速度快，可以达到毫秒级别。（3）对设备的冲击小。所以伺服控制在轧钢领域得到了广泛的应用。但是，伺服系统也会出现问题，我厂的伺服系统在生产中出现了系统震荡的故障。以下就震荡的产生和消除进行一下分析。

关键词：液压 伺服控制

中图分类号：TH137.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）03-0013-01

1 伺服系统的工作原理

讲到伺服系统，首先要了解伺服阀。伺服阀是电磁阀的一种。仍然是动圈式阀门，但在主阀芯内（或外部）有先导阀门，由电磁线圈推动先导阀门动作，主阀芯跟随先导阀芯动作，产生和电磁线圈成比例的阀芯位移，以控制液压管道中液压油的流量。从而达到控制液压缸的移动速度和距离以及方向。下面以MOOG阀为例简单介绍伺服阀的结构和工作原理。如下图，可以看到当电流通过线圈时，首先先导阀芯先动作，（动作的行程和电流成比例）导通控制油路，带动下面的主阀芯，导通主油路。当然主油路的行程和先导阀芯的行程也成比例关系。因此可以通过控制阀芯的电流（或电压）来控制伺服阀的通断和流量，从而达到控制液压缸的动作和行程（图1）。

可以看到：整个伺服系统是一个双闭环调节系统，内环由放大器和伺服阀的先导阀芯位置反馈构成。外环由PLC、CPC单元，磁尺（液压缸的实际行程）反馈构成。内环完成高速的自适应调节。外环完成上位机的参考值给定调节。

2 伺服系统震荡的产生原因

（1）由于伺服阀在工作时，先导阀芯即使在没有给定的时候也是运动的，通常来说保持高频正弦波震荡，以保证快速响应。我厂的伺服阀在没有给定的时候处于2000Hz的正弦震荡。因此，当先导阀芯的芯套边缘部分由于磨损有损伤时，当出现漏油的时候，伺服阀就会出现周期性的震荡。

（2）由于伺服阀的先导阀芯和缸体之间的间隙非常小，几乎是紧配合的，因此伺服系统对油品的要求很高。当液压系统中的细小颗粒夹到间隙里时，会影响到阀的动作，出现卡劲的现象。从位置控制的原理来看，在卡劲的部位就会出现震荡。所以液压油的油品也是产生系统震荡的一个因素。

（3）伺服阀在投入使用时，从控制图上看，内环、外环的积分增益都是调试好了的，良好的增益要求既要保证伺服阀的响应速度，又要在达到给定参考值的时候没有（或者很小）超调。

3 伺服系统产生震荡的危害

如果伺服系统出现了震荡，那么，伺服阀所控制的液压缸也会跟着震动，从而带动设备震动。如果设备出现了震动的现象，他的设备使用周期就会大大缩短，同时对控制来说，会出现无法正常控制的现象。对我厂的轧钢系统来说，还会影响板带的表面质量，所以危害是很大的。是夹送辊辊缝以及轧辊压力的实时曲线和震动产生时的曲线。不难看出，压力的变化很大，出现这个事故以后，辊面损害很严重，同时板带的表面质量也大大降低，也曾经引发了由于控制不到位而产生的起套、堆钢事故。

4 伺服系统震荡的预防和消除

从以上介绍不难看出，伺服系统出现震荡以后，危害是很大的，那么如何预防震荡的产生，出现震荡以后又如何消除呢？这在维护系统中是一个重要的课题。从设备的良好保养上来说，应该是预防为主，消除为辅。从现场的实际情况来看，我认为对震荡产生的预防工作主要有以下几点：

（1）当伺服阀使用年限到了的时候，应该及时更换伺服阀。定时对伺服阀做阶跃响应，在平时做响应的时候就会及时发现伺服阀的阀芯是否有磨损。如果发现问题，应该及时更换伺服阀。（2）定期对伺服系统的油品进行化验，如果油品的等级不够，应该马上对液压系统的过滤器进行更换，以防止有大的颗粒进入伺服阀的先导阀芯，造成卡劲导致的伺服阀震动。（3）定期对液压缸及传动机构进行检查，发现有卡劲的地方及时处理。以免造成系统的以外扰动而产生的震荡。（4）定期对伺服阀的反馈系统的电缆进行检查，防止由于外界强磁场、电场对反馈系统造成的震荡。（5）定期对系统的接线进行紧固，避免由于螺丝松动产生接触电阻而造成反馈错误或输出错误而造成的震动。

5 结语

如果对伺服系统维护好的话，可以大大提高设备的运转周期，对伺服系统震荡的预防和消除，可以提高伺服系统的使用寿命，同时减少事故时间，必将给轧钢系统带来可观的经济效益。