基于PXI的电液伺服作动器控制系统的设计与实现

摘要：针对某工程机械中的作动器装置，利用其液压系统的工作原理，设计了一种基于PXI的电液伺服作动器控制系统。在介绍作动器液压回路工作原理的基础上，简述了控制系统的设计方案及其组成。该设计解决了该作动器开环控制误差大的问题，具有控制精度高，灵敏度高，结构紧凑，可复用性高等优点。
关键词：电液伺服阀；伺服系统；作动器；PXI；LabVIEW

0 引言
作动器是一种以液压油为动力源的摆动机构，在飞行器的升降翼、方向舵、水平襟翼以及坦克、船舶、火车等多种需要摆动机构的场合得到了广泛的应用。本文的电液伺服作动器是某工程项目中驱动机械装置动作的传动设备，该作动器的主要作用是利用作动简的动作驱动相应装置产生动作，从而实现对该机械装置运动轨迹的控制。因此作动器的动作性能指标直接影响到该工程机械装置的工作安全。
然而，目前大多文献及研究是以单片机或DSP为控制单元实现对电液伺服作动器的闭环控制，其控制策略复杂，复用性差等缺点使其在工程应用中越来越不能适应实际工况的要求。近几年，随着虚拟仪器测试平台的快速发展，越来越多的工业控制开始利用该平台进行相关技术的研究与开发。虚拟仪器测试平台强大的控制、处理能力及标准化、模块化等优点使其成为当今控制领域的主流控制工具。
本文根据电液伺服作动器的工作原理，结合作动器伺服机构开环的工作特性，提出一种基于虚拟仪器测试平台PXI架构的电液伺服作动器的控制系统，该系统用于完成对该类作动器伺服机构的闭环控制，实现作动筒及主控阀上位移传感器所测量的参数可调可显示，并且为作动器提供二次电源，达到高安全性的控制要求。系统通过作动筒上位移传感器反馈的参数与操作界面上输入参数进行比较，产生误差信号控制伺服阀的开度，使作动筒达到没定位置，实现机械装置特定位置的动作，完成控制要求。

1 电液伺服作动器控制系统的组成及工作原理
控制系统基本结构由人机交互界面、控制级和伺服放大级组成，如图1所示。人机交互界面主要是对作动器工作参数进行设置与显示；控制级为控制系统的核心部分，主要完成对作动器伺服机构的闭环控制；伺服放大级包括传感器激励、信号解调、电源输入及电磁阀驱动等部分。

为了更好地说明控制系统的工作机理，下面对作动器伺服机构的工作原理给予简单介绍。如图2所示，在正常工作情况下，伺服机构的液压源正常，电磁阀SOV有电，电液伺服阀EHSV得电，它是通过电流信号控制主控阀的阀芯滑动，进而控制进入作动筒内的油量，使作动简的活塞杆产生相对位移，从而实现机械装置的动作。当SOV失电或液压源出现故障时，相应旁通阀动作，将此油路对应的作动筒两腔沟通处于旁通状态。功能转换阀的阀芯由于SOV失电而产生动作，触碰微动开关，使其产生动作，该动作经由相关电路调整为电信号，在操作界面上显示。

由此可见，机械装置动作是由作动筒的动作驱动，而作动筒的动作是靠液压油所产生的压力推动作动筒的活塞实现。若要控制作动筒的活塞运动就必须控制液压油。在伺服机构工作原理叙述中可以看到，整个作动器的液压油主要靠电液伺服阀来控制。
电液伺服阀是用于连接系统的电气与液压部分，将输入的小功率电信号转变为阀的运动，而阀的运动又可以控制液压油流向液压执行机构的流量与压力，实现电液信号的转换和放大，以及对液压执行机构的控制。电液伺服阀的工作机理为输入量是电流，输出量则是和输入量成正比的负载压力或负载流量。