建立了直驅式電液伺服系統的數學模型，進行了仿真分析和試驗研究。結果表明，在頻響不高的場合直驅式電液伺服裝置完全可替代傳統的電液伺服裝置。 1 概述 傳統的液壓伺服系統對油液污染高度敏感，效率低下，元件加工精度要求高。這一系列缺點都是因伺服閥而引起的。近年來在液壓領域興起了一種新型的電液伺服系統——直驅式電液伺服系統。這類系統不用電液伺服閥而是用交流伺服電機帶動泵直接驅動油缸或馬達。因而又叫直驅式容積控制系統（Direct Driver Volume Control，簡稱DDVC）。 系統由于采用了閉式回路，減小了污染，不需要龐大的泵站。因沒有電液伺服閥，系統對油液污染的敏感度大大降低。系統結構緊湊、體積小、效益高，是近年來液壓領域重要的發展分支之一，具有廣闊的應用前景。 系統原理 本文研究控制注塑機合模動作的DDVC。一般的注塑機合模動作為：快閉模、慢閉模、低壓試合模、高壓鎖模；慢開模、快開模、慢開模、停止、頂出、退回；下一次合模周期。在合模過程中一半是開環控制。鎖模時多數普通的注塑機是采用肘桿式機械合模裝置，不能精確地控制合模力。本文采用DDVC來作為注塑機的合模裝置，并引入壓力反饋，精確控制鎖模力。液壓系統原理如圖1所示。 圖1中的油缸集成了一個柱塞缸和增壓缸，快合模時油液從泵直接進入柱塞缸，油箱T通過二通插裝閥CH往油缸大腔補油。快開模時油缸大腔的油液從CH流往油箱T。鎖模時電磁閥YA開啟，A口高壓油經電磁閥YA打開平衡閥，同時關閉二通插裝閥。此時大腔和高壓油接通，實現增壓。壓力傳感器接K3口，K1、K2可以安裝壓力 表。 液控單向閥D1和D2用來平衡因油缸兩腔面積不等和系統不均衡性而引起的油缸進出油口流量不等。 圖1 DDCV系統原理圖 3 系統數學模型 系統主要由交流調速環節和泵控缸兩個環節組成，控制系統框圖如圖2所示。 3.1 交流調速模塊 交流調速模塊包括電機驅動器、交流伺服電機和泵。在矢量控制模式下交流伺服電機的輸出轉矩與定子電流成正比： （1） 電動機的機械方程為： （2） 式中：J-折算到電動機轉子軸上的轉動慣量（N·m2）； ω-電動機轉子機械角速度（rad/s）； Te-電動機電磁轉矩（N·m）； 圖2 DDCV控制系統框圖 B-粘滯摩擦系數（N·m·s／rad） ； TL-負載轉矩（N·m）。 電動機的電氣部分方程為： （3） 式中：U-定子電壓（V）；I-定子電流（A）；L-定子電感（H）；R-定子電阻（Ω）；ω-轉子角速度（rad/s）；Ke-運動電勢系數（V·s/rad）。 將（2）式和（3）式進行拉氏變換，得 設控制電壓到輸出電壓的比例系數為Kc，則 （6） 光電碼盤的速度反饋環節可以看作一比例系數Kn。 把伺服器內部的矢速度自適應調節簡化為一個簡單的PID調節器。得交流水磁同步電動機轉速對輸入信號的傳遞函數如下： （7） 一般說來RB+KTKe+KTKcKeKnKPID遠遠大于LJ，故可將二次項忽略，得交流調速環節的簡化形式為一階慣性環節，公式如下： （8） 式中：KD-電動機的速度增益（rad/V）； TD-電動機的時間常數（s）。 3.2 泵控缸數學模型 低壓腔的工作壓力為零的情況下，忽略回油腔泄漏，則得流量連續性方程： （8） 式中：Ct-總的泄漏系數（m3/s·Pa）。 對式（8）進行拉氏變換得： （9） 液壓缸和負載的力平衡方程 （10） 進行拉氏變換得 （11） 得泵控缸數學模型： （12） 實現壓力的閉環控制時，系統處于壓力飽和狀態，系統流量全部用于補充泄漏流量和壓縮流量，此時負載彈簧剛度很大，可以認為K趨近于無窮大。式（12）可簡化為 （13） 式中： Tr-時間常數（s）， ； Kr-動力機構的壓力增益（Pa／rad）， 。 最后得系統簡化的傳遞函數 （14） 4 計算機仿真分析 本文在Matlab工具箱Simulink環境下建立系統的仿真模型，給系統輸入不同的信號，并經過PID校正后得到系統的響應曲線，如圖3～5所示。 圖中曲線1為給定輸入信號，曲線2為響應曲線。圖3為系統對階躍信號響應的仿真曲線，從仿真曲線看出，當階躍信號為5MPa時，上升時間約為0.2s；圖4是系統對斜坡信號響應的仿真曲線；圖5是系統對正弦信號響應的仿真曲線。 仿真結果表明，直驅式電液伺服系統的頻率響應是比較低的。當給定信號頻率達到3Hz時，幅值的衰減和相位的滯后已經不能接受了。 圖3 階躍響應仿真曲線 圖4 斜坡響應仿真曲線 圖5 正弦響應仿真曲線 圖6 階躍響應曲線 5 試驗 試驗采用下位機PLC控制，控制算法采用工業常用的PID算法。系統對階躍信號的響應曲線如圖6所示。系統對階躍信號5MPa的穩態精度小于0.05MPa。試驗表明，采用直驅式電液伺服系統能滿足注塑機合模動作中的保壓要求。 6 結論 通過對直驅式電液伺服裝置的仿真和試驗，證實了直驅式電液伺服裝置完全能夠滿足注塑機合模控制的保壓要求。由于引入了壓力閉環控制，還能精確控制鎖模壓力，這為高精度注塑機的開發奠定了一定的基礎。