電液伺服技術(shù)

                                                    電液伺服系統(tǒng)的特點(diǎn)
      電液伺服系統(tǒng)有許多優(yōu)點(diǎn)，其中ZUI突出的就是響應(yīng)速度快、輸出功率大、控制精確性高，因而在航空、航天、軍事、冶金、交通、工程機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
      隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是材料科學(xué)的發(fā)展，人們更加重視動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。而電液伺服技術(shù)是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)高周疲勞、程控疲勞和低周疲勞以及靜態(tài)的恒變形速率、恒負(fù)荷速率和各種模擬仿真試驗(yàn)系統(tǒng)的ZUI佳技術(shù)手段。國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)機(jī)的起步國(guó)外試驗(yàn)機(jī)同行在電液伺服技術(shù)的應(yīng)用和研制起步較早，自二十世紀(jì)50年代中期以來(lái)就先后生產(chǎn)了各種使用電液伺服系統(tǒng)的試驗(yàn)機(jī)，如美國(guó)MTS（注：MTSZUI先通過(guò)與MOOG公司的合作將電液伺服閥應(yīng)用于材料測(cè)試系統(tǒng)，樹立了在動(dòng)態(tài)測(cè)試領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位）、英國(guó)Instron、瑞士Amsler、德國(guó)Sehench和日本島津等公司都先后研制成功各種電液伺服試驗(yàn)機(jī)。
      我國(guó)試驗(yàn)機(jī)廠家是在上世紀(jì)70年代初才開始研制電液伺服試驗(yàn)機(jī)，長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所、長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠、紅山試驗(yàn)機(jī)廠和濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠等開始進(jìn)行研制。在國(guó)家財(cái)力的支持下，先后都成功地開發(fā)出電液伺服動(dòng)靜試驗(yàn)機(jī)，并開始在國(guó)內(nèi)應(yīng)用。正是通過(guò)當(dāng)時(shí)這段時(shí)間的成功實(shí)踐，培養(yǎng)鍛煉出一批技術(shù)人員，創(chuàng)建了我國(guó)今后電液伺服技術(shù)發(fā)展的平臺(tái)，奠定了國(guó)內(nèi)在該技術(shù)領(lǐng)域的基礎(chǔ)。
二十世紀(jì)70年代末期到二十世紀(jì)90年代初期，國(guó)內(nèi)的電液伺服試驗(yàn)機(jī)都是以自主開發(fā)為主。主要是集中在國(guó)內(nèi)幾個(gè)有實(shí)力的試驗(yàn)機(jī)廠家，如長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所、長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠、紅山試驗(yàn)機(jī)廠和濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠等。
      進(jìn)入二十世紀(jì)90年代，隨著我國(guó)改革開放的步伐加快，國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)廠家與國(guó)外同行之間的聯(lián)系更加密切，雙方為了各自的利益開始尋求合作的途徑。在此期間長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)所首先在1989年與美國(guó)MTS公司正式簽署技術(shù)合作協(xié)議，1993年開始進(jìn)入實(shí)質(zhì)性的實(shí)施階段。另外，長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)廠開始與英國(guó)達(dá)泰克公司進(jìn)行技術(shù)合作，濟(jì)南試驗(yàn)機(jī)廠和日本的島津合作，紅山試驗(yàn)機(jī)廠也在同期與英國(guó)的Instron公司進(jìn)行聯(lián)系洽談。總之，這段時(shí)期是我國(guó)主要幾家試驗(yàn)機(jī)廠尋求與國(guó)外合作的時(shí)期。
國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)進(jìn)入與國(guó)際合作發(fā)展時(shí)期后，在面對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)，并沒(méi)忘記自身技術(shù)的提高。在這方面國(guó)內(nèi)的很多優(yōu)秀企業(yè)始終是堅(jiān)持兩條腿走路。一方面是大膽的引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，走技術(shù)合作的道路。另一方面是借鑒先進(jìn)的技術(shù)，不斷的提高和完善自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，用國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)帶動(dòng)自身的產(chǎn)品一起提高。
     與國(guó)外試驗(yàn)機(jī)同行的技術(shù)對(duì)比，三十年來(lái)國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與國(guó)外試驗(yàn)機(jī)同行相比，特別是與美國(guó)MTS公司及英國(guó)的Instron等這樣的大牌公司相比較差距還是很大的，特別是在高技術(shù)試驗(yàn)應(yīng)用領(lǐng)域方面還無(wú)法與國(guó)外同行相抗衡。不論是在技術(shù)手段和產(chǎn)品品種方面都存在很大的差距。
      二十世紀(jì)90年代中期MTS公司就推出了TeststarII全數(shù)字控制器，并且陸續(xù)將SE和多通道GT等數(shù)字控制器推向市場(chǎng)。這些控制系統(tǒng)功能齊全、資源配置靈活、組合方便、適應(yīng)面廣，性能指標(biāo)都非常高。
      MTS公司的電液伺服試驗(yàn)機(jī)ZUI高頻率目前可以達(dá)到1000Hz，比國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)的頻率高一個(gè)數(shù)量級(jí)。頻率的提高涉及一系列的技術(shù)提升環(huán)節(jié)，不僅僅體現(xiàn)在控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度上，相應(yīng)的主機(jī)作動(dòng)器、伺服閥和液壓源等各組成環(huán)節(jié)的響應(yīng)速度都影響著整機(jī)的頻率提高。所以說(shuō)這是一個(gè)綜合性能指標(biāo)標(biāo)志。數(shù)字控制器具有靈活的多參量控制補(bǔ)償功能，特別是對(duì)系統(tǒng)的非線性修正、改善控制特性和控制狀態(tài)轉(zhuǎn)換方面模擬控制系統(tǒng)是不能比擬的。而國(guó)內(nèi)的全數(shù)字式控制器目前還在研制中，距離產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用還有一定的距離。非常完備成熟。針對(duì)各種典型的試驗(yàn)程序，已經(jīng)形成各種功能軟件包。這些軟件包已成為一種產(chǎn)業(yè)，其價(jià)值非常可觀。
      國(guó)內(nèi)試驗(yàn)控制軟件由于各廠家人員技術(shù)水平的差距還不夠完善。在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)中還形成不了主流，在加上國(guó)內(nèi)大環(huán)境的因素，只能是隨機(jī)器免費(fèi)配置，本身的價(jià)值沒(méi)有得到體現(xiàn)。
目前國(guó)外的液壓件正向集成化方向發(fā)展，進(jìn)口的許多設(shè)備中，都將溢流閥、單向閥、節(jié)流閥等液壓件集成在一起，不僅體積小、噪音低，同時(shí)也防止液壓油泄露。
      國(guó)內(nèi)液壓件的結(jié)構(gòu)變化不大，基本上還是以橡膠密封為主，由于橡膠的老化問(wèn)題，使得國(guó)內(nèi)液壓件泄漏的問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。這需要一個(gè)系統(tǒng)的完善過(guò)程。
      目前國(guó)內(nèi)液壓源在功能設(shè)計(jì)方面與美國(guó)MTS公司相差不大（注：個(gè)人認(rèn)為這句話欠妥？應(yīng)用于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)機(jī)的液壓源無(wú)論在設(shè)計(jì)上還是功能上都相差巨大）但在噪音指標(biāo)和工藝性方面差距很大。
      伺服油缸方面 . 伺服油缸是液壓執(zhí)行元件，在動(dòng)態(tài)電液伺服系統(tǒng)中是非常關(guān)鍵的元件。它要求其密封性好、摩擦力小、質(zhì)量輕、剛度大。在減小摩擦力方面，MTS公司采用的方式有：靜壓支撐、動(dòng)壓支撐、特殊涂層技術(shù)等。目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)掌握靜壓支撐、動(dòng)壓支撐技術(shù)，在許多設(shè)備上已經(jīng)應(yīng)用了這些技術(shù)。但在特殊涂層技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)技術(shù)還不過(guò)關(guān)，還有待進(jìn)一步的研究和提高。
      在減輕作動(dòng)器質(zhì)量方面，國(guó)外大都是在選擇特殊材料方面下工夫，如荷蘭FCS公司采用鈦合金材料制做作動(dòng)器。這種材料質(zhì)量輕，剛度大，是ZUI理想的材料。國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)廠家目前還不具備這種條件。
       伺服閥是伺服系統(tǒng)中的關(guān)鍵元件，是電液轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。國(guó)外的一些知名的試驗(yàn)機(jī)廠家，為了滿足高頻響、大功率試驗(yàn)機(jī)的要求，與專業(yè)的伺服閥生產(chǎn)廠家共同開發(fā)試驗(yàn)機(jī)專用伺服閥。如美國(guó)MTS公司與world上ZUI大的伺服閥生產(chǎn)公司MOOG聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)了許多特殊用途的伺服閥（注：體積相當(dāng)于三盒香煙的一個(gè)伺服閥，其價(jià)格與一臺(tái)國(guó)產(chǎn)試驗(yàn)機(jī)不相上下，真正的高科技產(chǎn)品所體現(xiàn)出的價(jià)值，知道了別眼紅！！）如MTS-257伺服閥頻率可達(dá)500Hz。根據(jù)ZUI新資料，目前MTS公司已經(jīng)開發(fā)出頻響達(dá)到1000Hz的伺服閥。還有大流量的****伺服閥，流量可達(dá)到800升/分鐘。正是依靠這種關(guān)鍵技術(shù)上的突破，使MTS公司在一些特殊應(yīng)用的電液伺服試驗(yàn)機(jī)方面具有一概地壟斷地位。
      國(guó)內(nèi)伺服閥的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用主要集中在航天、航空領(lǐng)域，主要是面向航天、航空領(lǐng)域。沒(méi)有專門為試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用開發(fā)的特殊品種。所以國(guó)產(chǎn)電液伺服試驗(yàn)機(jī)主要應(yīng)用在常規(guī)試驗(yàn)系統(tǒng)中，在某種程度上這也限制了國(guó)產(chǎn)電液伺服試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展。
目前伺服閥的種類非常多，試驗(yàn)機(jī)中常用的主要有液壓反饋式伺服閥和比例式電液伺服閥。動(dòng)態(tài)電液伺服試驗(yàn)機(jī)中常用的主要還是液壓反饋式伺服閥。比例式電液伺服閥主要應(yīng)用在靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)電液伺服試驗(yàn)機(jī)中。
      在標(biāo)準(zhǔn)電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品上，MTS公司擁有全系列的標(biāo)準(zhǔn)電液伺服材料試驗(yàn)機(jī)產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)以長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所為例，其標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品系列品種也比較齊全，雖然技術(shù)指標(biāo)比MTS產(chǎn)品差一些，但基本滿足常規(guī)試驗(yàn)要求。該系列產(chǎn)品的差距還不是很大。
      在電液伺服結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)備和仿真模擬試驗(yàn)設(shè)備方面，我們與MTS的差距就大了。該設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵主要是：
      電液伺服多點(diǎn)協(xié)調(diào)加荷同步控制技術(shù)
       近年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)特別是材料科學(xué)的發(fā)展，人們更加重視動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，電液伺服試驗(yàn)機(jī)的需求也呈上升趨勢(shì)。僅以長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)研究所近年來(lái)的銷售情況看，從2000年到2003年電液伺服試驗(yàn)機(jī)的銷售量的增長(zhǎng)近兩倍。另外，利用電液伺服技術(shù)開發(fā)的特殊專用設(shè)備也開始隨著增多，國(guó)內(nèi)外同行都看好了這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)。
    從國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)機(jī)生產(chǎn)廠家的發(fā)展情況來(lái)看 近年來(lái)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的格局發(fā)生了一些變化。過(guò)去的一些老牌試驗(yàn)廠家由于受到體制及機(jī)制等各種因素的影響，在當(dāng)前激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中優(yōu)勢(shì)逐漸尚失而一些發(fā)展較快的民營(yíng)企業(yè)卻開始發(fā)展壯大起來(lái)，并開始將業(yè)務(wù)范圍從原來(lái)的靜態(tài)試驗(yàn)領(lǐng)域向動(dòng)態(tài)電液伺服試驗(yàn)機(jī)領(lǐng)域擴(kuò)展。國(guó)外試驗(yàn)同行在我國(guó)加入WTO后，也將發(fā)展的戰(zhàn)略從合作方式向獨(dú)立經(jīng)營(yíng)方式轉(zhuǎn)變。直接進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)參與競(jìng)爭(zhēng)。
      所以說(shuō)今后國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)機(jī)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)百家爭(zhēng)鳴的局面。在國(guó)內(nèi)外眾多的廠家關(guān)注下，國(guó)內(nèi)的電液伺服試驗(yàn)機(jī)水平一定會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。
從技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)看 n我國(guó)的電液伺服發(fā)展水平目前還處在一個(gè)發(fā)展階段，雖然在常規(guī)電液伺服標(biāo)準(zhǔn)材料試驗(yàn)機(jī)技術(shù)方面，我們有了一定的發(fā)展。但在電液伺服優(yōu)異產(chǎn)品及應(yīng)用技術(shù)方面，我們距離國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平還有著很大的差距。電液伺服技術(shù)是集機(jī)械、液壓和自動(dòng)控制于一體的綜合性技術(shù)，要發(fā)展國(guó)內(nèi)的電液伺服技術(shù)必須要從機(jī)械、液壓、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等各技術(shù)領(lǐng)域同步推進(jìn)。測(cè)量控制系統(tǒng)  隨著數(shù)字控制理論的成熟以及高速DSP技術(shù)的發(fā)展。全數(shù)字化測(cè)控系統(tǒng)已經(jīng)成為今后測(cè)量控制系統(tǒng)發(fā)展的方向。動(dòng)態(tài)電液伺服全數(shù)字測(cè)量控制系統(tǒng)；它不僅要求硬件運(yùn)算速度快、運(yùn)算精度高，同時(shí)還要求在軟件和數(shù)字控制理論方面要有新的突破。這樣才能滿足電液伺服控制系統(tǒng)響應(yīng)快速、控制精確、穩(wěn)定可靠的要求。
      目前，美國(guó)MTS公司的TeststarII全數(shù)字控制器，運(yùn)算頻率可以達(dá)到5000次/秒，控制特性在傳統(tǒng)的PID控制基礎(chǔ)上，還具有前饋控制、頻率反向補(bǔ)償控制、幅度控制和壓差等輔助控制特性。因此數(shù)字控制器由于其豐富的運(yùn)算功能，其控制非常靈活，是模擬控制系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法比擬的。
國(guó)內(nèi)目前技術(shù)成熟的全數(shù)字動(dòng)態(tài)控制器還沒(méi)有進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，還需要有一個(gè)發(fā)展研究的過(guò)程。要從基礎(chǔ)抓起，多通道、數(shù)字化、多自由度協(xié)調(diào)技術(shù)是電液伺服技術(shù)在模擬仿真試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。只有掌握了多通道控制技術(shù)、多自由度協(xié)調(diào)偶合及解偶技術(shù)，才能使我們的電液伺服技術(shù)向更高的臺(tái)階上邁進(jìn)，才能縮小與國(guó)外同行之間的差距。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)需要有一批高素質(zhì)的技術(shù)隊(duì)伍要從軟件、硬件、數(shù)字控制理論和實(shí)踐等綜合技術(shù)方面同步推進(jìn)。
      國(guó)內(nèi)液壓件的整體水平目前還比較落后，主要采用橡膠密封結(jié)構(gòu)方式，易老化泄漏、體積笨重、集成度低。隨著機(jī)械精密加工技術(shù)的成熟，在國(guó)外目前密封大都采用球面和錐面配合密封方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封性能可靠。今后改善國(guó)內(nèi)液壓件結(jié)構(gòu)還需要在工藝性上下功夫，需要一個(gè)系統(tǒng)的完善過(guò)程。
      另外，作為電液轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件 “電液伺服閥”，是電液伺服試驗(yàn)機(jī)今后技術(shù)提升的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。前面說(shuō)過(guò)國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)目前與電液伺服閥生產(chǎn)企業(yè)缺少交流和探討，只能簡(jiǎn)單的應(yīng)用其現(xiàn)成產(chǎn)品。從某種意義上這也限制了國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)的發(fā)展。今后，我們需要加強(qiáng)與伺服閥生產(chǎn)企業(yè)的合作，共同開發(fā)適宜試驗(yàn)機(jī)應(yīng)用的伺服閥產(chǎn)品，全面提升國(guó)內(nèi)電液伺服試驗(yàn)機(jī)水平計(jì)算機(jī)技術(shù)在電液伺服系統(tǒng)中的應(yīng)用  計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，促進(jìn)了電液伺服技術(shù)的提高。正是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)才使電液伺服在動(dòng)態(tài)仿真模擬試驗(yàn)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)多自由度協(xié)調(diào)控制、計(jì)算機(jī)仿真解耦技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使多通道協(xié)調(diào)加載系統(tǒng)、道路模擬試驗(yàn)系統(tǒng)的性能得到進(jìn)一步提高，促進(jìn)了電液伺服系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。可以說(shuō)電液伺服技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是密切聯(lián)系在一起的，相互促進(jìn)相互提高。
      總之，電液伺服試驗(yàn)機(jī)的大量需求，給我們的電液伺服試驗(yàn)機(jī)發(fā)展創(chuàng)造了很好的機(jī)遇。相信在不久的將來(lái)，在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)機(jī)行業(yè)同仁的共同努力下，我國(guó)電液伺服試驗(yàn)機(jī)的技術(shù)水平一定會(huì)有突飛猛進(jìn)的發(fā)展。